(57)【要約】  トンネル型ＭＲＩ装置において、製造コストの増大を招くことなしに、照射効率や撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、広い検査空間を確保する技術を提供する。  円筒状ＲＦコイルの一部を取り除いた部分円筒状ＲＦコイルの各ラング間に、部分円筒状ＲＦコイルの隣接するラングとそれらを接続するリングとによるループで生成される磁場と合成することにより円偏波もしくは楕円偏波磁界を生成する半ループ群を配設する。また、部分円筒状ＲＦコイルおよび半ループ群に、基準周波数は同一で、所望の振幅比および位相差を有する高周波信号をそれぞれ供給する。
2011065532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型形状を有するシールドと、
対向し、かつ、周方向に所定の間隔をあけて前記シールドの内側にそれぞれ配置される第一部分コイルおよび第二部分コイルと、
前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルに入力される高周波信号を制御する高周波信号制御手段と、を備え、
前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルは、それぞれ第一高周波コイルおよび第二高周波コイルを備え、
前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルは、それぞれ、互いに向きが直交する直線偏波の高周波磁場を生成する形状を有し、
前記高周波信号制御手段は、前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルとに、前記シールド内部に円偏波もしくは楕円偏波の高周波磁場を照射するよう前記高周波信号を供給すること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項２】
請求項１記載の高周波コイルユニットであって、
前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルは、それぞれ部分筒型形状を有し、前記筒型形状を有するシールドの内面に沿って配置されること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項３】
請求項１記載の高周波コイルユニットであって、
前記第一部分コイルの第一高周波コイルと前記第二部分コイルの第一高周波コイルとは、それぞれ、
Ｎ（Ｎは自然数）本の直線状の第一導体と、
２つの弧状の第二導体と、
少なくとも（Ｎ−１）個の第一キャパシタと、
前記高周波信号制御手段から高周波信号の供給を受ける第一給電点と、を備え、
前記Ｎ本の第一導体は、所定の曲面上に前記シールドの中心軸と略平行に配置され、
前記２つの第二導体は、前記中心軸に直交する面上に配置され、前記Ｎ本の第一導体の端部をそれぞれ接続し、
前記第一キャパシタは、前記第二導体上の、前記第一導体との接続点間に少なくとも１つそれぞれ配置されるとともに、当該第一高周波コイルが前記照射する高周波磁場の周波数で共振するよう値が調整され、
前記第一給電点は、前記第二導体上の最も中央に近い位置に配置される１の前記第一キャパシタを挟んで接続され、
前記第一部分コイルの第二高周波コイルと前記第二部分コイルの第二高周波コイルとは、それぞれ、
（Ｎ−１）本の直線状の第三導体と、
２（Ｎ−１）本の直線状の第四導体と、
少なくともＮ個の第二キャパシタと、
前記高周波信号制御手段から高周波信号の供給を受ける第二給電点と、を備え、
前記第三導体は、前記所定の曲面上に、前記第一の導体と略平行に各第一の導体間に配置され、
前記第四導体は、前記中心軸に直交する面上に配置され、前記（Ｎ−１）本実施形態の第三導体の端部をそれぞれ前記シールドに接続し、
前記第二給電点は、前記第一給電点が挟む第一キャパシタに最も近い位置に配置される前記第三導体上に接続され、
前記第二キャパシタは、前記第二給電点が接続される第三導体には少なくとも二つ、他の第三導体以外の第三導体上に少なくとも１つそれぞれ配置されるとともに、当該第二高周波コイルが前記照射する高周波磁場の周波数で共振するよう値が調整され、
前記第二給電点が接続される第三導体上では、前記第二給電点は１の前記第二キャパシタを挟んで接続されること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項４】
請求項３記載の高周波コイルユニットであって、
前記第一キャパシタは、前記第一高周波コイルの共振周波数の中で、低いほうからＮ−１番目の共振周波数が前記照射する高周波磁場の周波数となるよう調整され、
前記第二キャパシタは、前記第二高周波コイルの共振周波数の中で、最も低い共振周波数が前記照射する高周波磁場の周波数となるよう調整されること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項５】
請求項１記載の高周波コイルユニットであって、
前記シールドは、楕円筒形状であること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項６】
請求項５記載の高周波コイルユニットであって、
前記所定の曲面は、前記第二導体の中心をから遠ざかるにつれて、前記シールド面との距離が近くなる曲面であること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項７】
請求項１記載の高周波コイルユニットであって、
前記高周波信号制御手段は、
入力される高周波信号を、互いの位相差が１８０度となる２つの信号に分配し、それぞれ前記第一部分コイルの第一高周波コイルと前記第二部分コイルの第一高周波コイルに供給する第一分配手段と、
入力される高周波信号を、互いの位相差が１８０度となる２つの信号に分配し、それぞれ前記第一部分コイルの第二高周波コイルと前記第二部分コイルの第二高周波コイルに供給する第二分配手段と、を備えること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項８】
請求項７記載の高周波コイルユニットであって、
前記第一高周波コイルおよび前記第二高周波コイルは、互いの磁気結合を防止する磁気結合防止手段をそれぞれ備えること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項９】
請求項８記載の高周波コイルユニットであって、
前記磁気結合防止手段は、ＰＩＮダイオードであること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項１０】
請求項７記載の高周波コイルユニットであって、
前記高周波信号制御手段は、入力される高周波信号を、互いの位相差が９０度となる２つの信号に分配し、それぞれ、前記第一分配手段と前記第二分配手段とに供給する分配手段をさらに備えること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項１１】
請求項７記載の高周波コイルユニットであって、
前記第一分配手段は、前記第一部分コイルの第一高周波コイルと前記第二部分コイルの第一高周波コイルとから供給される高周波信号を、いずれか一方の信号の位相を１８０度シフトさせて合成する第一合成手段を備え、
前記第二分配手段は、前記第一部分コイルの第二高周波コイルと前記第二部分コイルの第二高周波コイルとから供給される高周波信号を、いずれか一方の信号の位相を１８０度シフトさせて合成する第二合成手段を備え、
前記高周波信号制御手段は、前記第一合成手段および前記第二合成手段から供給される高周波信号を、いずれか一方の信号を９０度シフトさせて合成し、検出信号として出力する合成手段をさらに備えること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項１２】
請求項７記載の高周波コイルユニットであって、
前記高周波信号制御手段は、入力される高周波信号を、前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルの中の、予め定めた一方にのみ供給するよう制御する切換手段をさらに備えること
を特徴とする高周波コイルユニット。
【請求項１３】
静磁場を生成する静磁場生成手段と、傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号生成手段から入力される高周波信号を高周波磁場として被検体に照射するとともに前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力する送受信コイルと、前記検出信号に対し信号処理を行う信号処理手段と、前記傾斜磁場印加手段と、前記高周波信号生成手段と、前記信号処理手段との動作を制御する制御手段と、を備える磁気共鳴撮像装置であって、
前記送受信コイルとして、請求項１１記載の高周波コイルユニットを用いること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項１４】
静磁場を生成する静磁場生成手段と、傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号生成手段から入力される高周波信号を高周波磁場として被検体に照射する送信コイルと、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力する受信コイルと、前記検出信号に対し信号処理を行う信号処理手段と、前記傾斜磁場印加手段と、前記高周波信号生成手段と、前記信号処理手段との動作を制御する制御手段と、を備える磁気共鳴撮像装置であって、
前記送信コイルとして、請求項１項記載の高周波コイルユニットを用いること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記高周波信号生成手段は、生成した高周波信号を、互いの位相差が予め定めた値となるよう２つの信号に分配し、前記送信コイルに供給し、
前記送信コイルは、請求項７記載の高周波コイルユニットであること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置に関わり、電磁波の照射や磁気共鳴信号の検出を行う高周波コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、検査対象を横切る任意の断面内の核スピンに磁気共鳴を起こさせ、発生する磁気共鳴信号からその断面内における断層像を得る医用画像診断装置である。静磁場中におかれた被検体に対して傾斜磁場を印加しながら高周波コイル（ＲＦコイル）により高周波磁場を照射すると、被検体内の核スピン、例えば、水素原子の核スピンが励起され、励起された核スピンが平衡状態に戻るときに磁気共鳴信号として円偏波磁界が発生する。この信号をＲＦコイルで検出し、信号処理を施して生体内の水素原子核分布を画像化する。【０００３】
このＲＦコイルには、高周波磁場の照射専用の送信コイル、磁気共鳴信号の受信専用の受信コイル、或いは両方を兼ねる送受信コイルがある。それぞれ、効率的に高品質の画像を得るため、種々のコイルが開発されている。例えば、被検体内の核スピンを励起する際は、均一な照射強度分布が必要である。その均一度は、画像化する領域において、領域内の照射強度が照射分布の最大値に対して７０％以上となることが望ましい。照射強度の不均一が大きいと、被検体内の部位によって核スピンの励起状態に違いが生じ、得られた画像にコントラストのむらやアーチファクトが生じるためである。このような均一な照射強度分布を持つＲＦコイルとして、バードケージ型コイル（例えば、特許文献１参照）やＴＥＭ型コイル（例えば、非特許文献１参照）といった円筒状ＲＦコイルが知られている。【０００４】
また、照射効率も向上させる必要がある。照射効率を向上させる手法として、直交位相検波（ＱＤ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式がある（例えば、特許文献２、非特許文献２、非特許文献３参照）。ＱＤ方式は、照射する高周波磁場の向きが互いに直交する２つのＲＦコイルを用い、それぞれのＲＦコイルが照射する高周波磁場の時間位相の位相差が９０度となるように高周波磁場を照射する方法である。ＱＤ方式を用いることにより、水素原子の核スピンを励起する円偏波磁界を高い効率で照射することができるため、１つのＲＦコイルで照射した場合に比べて、理論的には照射強度が√２倍向上する。また、照射電力に換算すると電力が１／２で済むため、照射効率が２倍向上する。バードケージ型コイルやＴＥＭ型コイル（以下、円筒状ＲＦコイルと呼ぶ）の場合、照射に用いる２つの給電ポートを互いに直交した位置に配置することで、一つのコイルでこのＱＤ方式による高周波磁場の照射が可能となる。【０００５】
円筒状ＲＦコイルは、一般に円筒型（トンネル型）のＭＲＩ装置に用いられる。このトンネル型のＭＲＩ装置は、直径が小さく、トンネルの長さも長いため、太った人や、閉所恐怖症の人には、ストレスが大きい。これを解消するため、広い直径と短いトンネルをもつ開放感に優れた検査空間の広いＭＲＩ装置が求められている。近年はＭＲＩ装置内部に造影剤インジェクタ機器や非磁性の治療機器を設置し、精密診断や治療を行うことがある。このため、被検体の近傍に設置する各種機器の設置スペースを確保するためにも検査空間の広いＭＲＩ装置が求められている。【０００６】
トンネル型ＭＲＩ装置は、外部からトンネル内部にかけて、静磁場マグネット、傾斜磁場コイル、ＲＦシールド、ＲＦコイルが順に配置されるという構造を有する。ＲＦコイルの内側の空間が、被検体を配置する検査空間である。従って、被検体の入る検査空間を広くするためには、最も外側に位置する静磁場マグネットの内径を大きくすればよい。しかし、静磁場マグネットのサイズの増大は、大幅な製造コストの増大を招く。【０００７】
一般に、ＲＦシールドとＲＦコイルとの間には、１０から４０ｍｍの空間が必要とされる。例えば、この距離を縮めることにより、検査空間を広くすることも考えられる。しかし、ＲＦシールドとＲＦコイルを近接させると、磁場を打ち消す高周波渦電流が増え、磁場の発生効率が悪化するとともに、ＲＦコイル近傍での高周波磁場分布が急変し、撮影領域における高周波磁場の照射分布の不均一性が大きくなる。【０００８】
そこで、ＲＦコイルのコイル導体を一部取り除き、検査空間を広げることが考えられる。このような例として、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除いた半円筒状のバードケージ型コイルがある（例えば、非特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許４９１６４１８号明細書
【特許文献２】特許第３０９５４０２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊ．Ｔ．Ｖａｕｇｈａｎ他著、「臨床用磁気共鳴イメージングおよび磁気共鳴スペクトロスコピー向け高周波ボリュームコイル（Ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｖｏｌｕｍｅ  ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｎｕｃｌｅａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」、マグネティックレゾナンス  イン  メディシン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、  Ｖｏｌ．３２、  ｐｐ．２０６−２１８  （１９９４）
【非特許文献２】Ｃ．Ｎ．Ｃｈｅｎ他著、「直交位相検波コイル−√２倍以上の感度向上（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｉｌｓ  −  Ａ  Ｆｕｒｔｈｅｒ  √２  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、  Ｖｏｌ．５４、  ｐｐ．３０８−３２７  （１９８３）
【非特許文献３】Ｇ．Ｈ．Ｇｌｏｖｅｒ他著、「ＭＲＩにおける直線偏波検出方式と円偏波検出方式の比較（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、  Ｖｏｌ．６４、  ｐｐ．２５５−２７０  （１９８５）
【非特許文献４】Ｊ．Ｍ．Ｊｉｎ他著、  「ＭＲＩ応用に向けたシールド効果を含むオープンコイルの解析  （Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｏｐｅｎ  ｃｏｉｌｓ  ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｆｏｒ  ＭＲＩ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、  ブック  オブ  アブストラクツ  エス・エム・アール・エム  トゥエルブス  アニュアル  ミーティング  アンド  エキシビジョン（Ｂｏｏｋ  ｏｆ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ  ＳＭＲＭ  １２ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）、  ｐｐ．１３５４  （１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除くと、ＱＤ方式による高周波磁場の照射が出来なくなるため、照射効率が半減する。【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、トンネル型ＭＲＩ装置において、製造コストの増大を招くことなしに、照射効率や撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、広い検査空間を確保する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除いた部分円筒状ＲＦコイルの各ラング間に、部分円筒状ＲＦコイルの隣接するラングとそれらを接続するリングとによるループで生成される磁場と合成することにより円偏波もしくは楕円偏波磁界を生成する半ループ群を配設する。また、部分円筒状ＲＦコイルおよび半ループ群に、基準周波数は同一で、所望の振幅比および位相差を有する高周波信号をそれぞれ供給する。【００１４】
具体的には、筒型形状を有するシールドと、対向し、かつ、周方向に所定の間隔をあけて前記シールドの内側にそれぞれ配置される第一部分コイルおよび第二部分コイルと、前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルに入力される高周波信号を制御する高周波信号制御手段と、を備え、前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルは、それぞれ第一高周波コイルおよび第二高周波コイルを備え、前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルは、それぞれ、互いに向きが直交する直線偏波の高周波磁場を生成する形状を有し、前記高周波信号制御手段は、前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルとに、前記シールド内部に円偏波もしくは楕円偏波の高周波磁場を照射するよう前記高周波信号を供給することを特徴とする高周波コイルユニットを提供する。【００１５】
また、静磁場を生成する静磁場生成手段と、傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号生成手段から入力される高周波信号を高周波磁場として被検体に照射する送信コイルと、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力する受信コイルと、前記検出信号に対し信号処理を行う信号処理手段と、前記傾斜磁場印加手段と、前記高周波信号生成手段と、前記信号処理手段との動作を制御する制御手段と、を備える磁気共鳴撮像装置であって、前記送信コイルとして、筒型形状を有するシールドと、対向し、かつ、周方向に所定の間隔をあけて前記シールドの内側にそれぞれ配置される第一部分コイルおよび第二部分コイルと、前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルに入力される高周波信号を制御する高周波信号制御手段と、を備え、前記第一部分コイルおよび前記第二部分コイルは、それぞれ第一高周波コイルおよび第二高周波コイルを備え、前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルは、それぞれ、互いに向きが直交する直線偏波の高周波磁場を生成する形状を有し、前記高周波信号制御手段は、前記第一高周波コイルと前記第二高周波コイルとに、前記シールド内部に円偏波もしくは楕円偏波の高周波磁場を照射するよう前記高周波信号を供給することを特徴とする高周波コイルユニットを用いることを特徴とする磁気共鳴撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トンネル型ＭＲＩ装置において、製造コストの増大を招くことなしに、照射効率や撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、広い検査空間を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一の実施形態のＭＲＩ装置の外観を説明するための説明図である。
【図２】第一の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の送受信コイルを説明するための説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルを説明するための説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルを説明するための説明図である。
【図６】（ａ）は、第一の実施形態の送受信コイルを周方向に展開した展開図である。（ｂ）、（ｃ）は、第一ＲＦコイルと第二ＲＦコイルとの位置関係を説明するための説明図である。
【図７】第一の実施形態の送受信コイルと、高周波信号分配・合成器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図８】（ａ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図９】第一の実施形態の第二ＲＦコイルのインピーダンス特性のグラフである。
【図１０】第一の実施形態の第二ＲＦコイルに流れる電流分布を説明するための説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルの磁場の発生原理を説明するための説明図であり、（ｅ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１２】第一の実施形態の送受信コイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１３】第一の実施形態の送受信コイルと従来のバードケージコイルとの照射強度の一次元プロファイルのグラフであり、それぞれ、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸方向、（ｃ）はｚ軸方向のプロファイルのグラフである。
【図１４】（ａ）は第一ＲＦコイルを構成するループと第二ＲＦコイルを構成する半ループの位置関係を説明するための説明図であり、（ｂ）は第一ＲＦコイルに高周波磁場が流れる場合の磁場を、（ｃ）は、第二ＲＦコイルに高周波磁場が流れる場合の磁場をそれぞれ説明するための説明図である。
【図１５】第一の実施形態の送受信コイルの変形例を説明するための説明図である。
【図１６】第一の実施形態の送受信コイルの他の変形例を説明するための説明図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、第二の実施形態の送受信コイルを説明するための説明図である。
【図１８】（ａ）は、第二の実施形態の第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第二の実施形態の第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１９】第二の実施形態の第二ＲＦコイルに流れる電流分布を説明するための説明図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）は、第二の実施形態の第二ＲＦコイルの磁場の発生原理を説明するための説明図であり、（ｃ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図２１】第二の実施形態の送受信コイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図２２】第三の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２３】（ａ）は、第三の実施形態の送信コイルの構成を説明するための説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は、第三の実施形態の送信コイルの磁気結合防止回路を説明するための図である。
【図２４】（ａ）は、第三の実施形態の表面コイルの構成を説明するための説明図であり、（ｂ）は、第三の実施形態の表面コイルの磁気結合防止回路を説明するための説明図である。
【図２５】第三の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図２６】（ａ）は、第三の実施形態の送信コイルの変形例の構成を説明するための説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は、第三の実施形態の送信コイルの変形例の磁気結合防止回路を説明するための説明図である。
【図２７】第四の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２８】（ａ）、（ｂ）は、第四の実施形態の送信コイルの構成を説明するための説明図である。
【図２９】第四の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図３０】第五の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図３１】（ａ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図３２】（ａ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第二ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第五の実施形態の第二送信用ＲＦコイルの第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用する第一の実施形態について説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
まず、本実施形態のＭＲＩ装置の全体構成について説明する。図１は本実施形態のＭＲＩ装置の外観図であり、図中、座標２０のｚ軸の方向が静磁場方向である。本実施形態のＭＲＩ装置１００は、水平磁場方式のマグネット１０１とテーブル１０２とを備える。被検体１０は、テーブル１０２に寝かせられた状態でマグネット１０１のボア内の撮像空間に挿入され、撮像される。なお、以下、本明細書では、静磁場方向をｚ方向、テーブル１０２の面上において、ｚ方向に直交する方向をｘ方向、テーブル面に直交する方向をｙ方向とする。
【００２０】
図２は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１と同じ要素は同じ符号で示す。本実施形態のＭＲＩ装置１００は、水平磁場方式のマグネット１０１と、傾斜磁場コイル２０１と、静磁場均一度を調整するためのシムコイル２０２と、傾斜磁場電源２０３と、シム電源２０４と、高周波磁場を被検体１０に照射するとともに前記被検体１０から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力する送受信コイル３０１と、送信・受信のタイミングに合わせて高周波信号のオン／オフを切り換える送受信切換器３０２と、高周波信号分配・合成器３０７と、送信器３０３と、受信器３０４と、シーケンサ４０１と、計算機５０１と、を備える。
【００２１】
傾斜磁場コイル２０１及びシムコイル２０２は、それぞれ傾斜磁場電源２０３、シム電源２０４に接続される。送受信コイル３０１は、高周波信号分配・合成器３０７を介して２つの送受信切換器３０２に接続され、送受信切換器３０２はそれぞれ送信器３０３及び受信器３０４に接続される。なお、本実施形態では、送受信コイル３０１と高周波信号分配・合成器３０７で構成される部分をＲＦコイルユニット３００と呼ぶ。
【００２２】
シーケンサ４０１は、傾斜磁場電源２０３、シム電源２０４、送受信切換器３０２及び送信器３０３に命令を送り、傾斜磁場電源２０３と送信器３０３は傾斜磁場制御電流及び高周波磁場照射用の高周波信号をそれぞれ出力する。傾斜磁場制御電流により傾斜磁場コイル２０１が傾斜磁場を印加する。高周波磁場照射用の高周波信号は、送受信切換器３０２および高周波信号分配・合成器３０７を通じて送受信コイル３０１に印加され、被検体１０に高周波磁場を照射する。
【００２３】
照射された高周波磁場により被検体１０から発生する磁気共鳴信号は送受信コイル３０１によって検出され、検出された信号は、高周波信号分配・合成器３０７および送受信切換器３０２を通り、受信器３０４で信号の増幅および検波が行われる。受信器３０４において検波の基準とする磁気共鳴周波数は、シーケンサ４０１によりセットされる。検波された信号はＡ／Ｄ変換器（不図示）を介して計算機５０１に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。その結果は、計算機５０１に接続される表示装置５０２に表示される。
【００２４】
検波された信号や測定条件は、必要に応じて、計算機５０１に接続される記憶装置５０３に保存される。シーケンサ４０１は、計算機５０１からの指示に従って、予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するように制御を行う。
【００２５】
本実施形態では、ＲＦコイルユニット３００における送受信コイル３０１の形状と高周波信号分配・合成器３０７の構成を工夫し、被検体１０の入る検査空間を広げ、検査空間内で少なくとも被検体１０内の照射分布の均一性を従来と同程度に維持し、その照射分布に関し従来と同程度の均一性を維持し、かつ、ＱＤ方式の照射を行うことにより照射効率も従来と同程度に維持する。以下、本実施形態で用いるＲＦコイルユニット３００の詳細を説明する。
【００２６】
まず、ＲＦコイルユニット３００を構成する送受信コイルについて説明する。図３は、本実施形態のＲＦコイルユニット３００を構成する送受信コイル３０１−１の構成を説明するための図である。図３（ａ）は、送受信コイル３０１−１を斜め横から見た図であり、図３（ｂ）は、送受信コイル３０１−１を中心軸２１の方向から見た図である。
【００２７】
送受信コイル３０１−１は、被検体１０が入ることが可能な大きさの円筒形状を有するＲＦシールド３９０と、ＲＦシールド３９０の内部に、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａ、３１０Ｂと２つの第二ＲＦコイル３２０Ａ、３２０Ｂとを備える。また、第一ＲＦコイル３１０Ａ、３１０Ｂは、それぞれ第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂを、第二ＲＦコイル３２０Ａ、３２０Ｂは、それぞれ第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとを備え、これらを介して高周波信号の入出力を行う。さらに、第一から第四給電点３１５Ａ、３１５Ｂ、３２５Ａ、３２５Ｂは、コモンモードノイズを除去するバラン３４５（不図示）を介して高周波信号分配・合成器３０７に接続される。
【００２８】
この送受信コイル３０１−１は、そのＲＦシールド３９０の中心軸２１が座標２０のｚ軸に平行になるようＭＲＩ装置１００内に配置される。
【００２９】
また、第一ＲＦコイル３１０Ａ、第一ＲＦコイル３１０Ｂ、第二ＲＦコイル３２０Ａおよび第二ＲＦコイル３２０Ｂは、それぞれ、ＲＦシールド３９０内において、座標２０のｙｚ平面であって中心軸２１を含む面２３に対し、面対称になるよう配置される。また、第一ＲＦコイル３１０Ａと第一ＲＦコイル３１０Ｂとは、ＲＦシールド３９０内において、座標２０のｘｚ平面であって中心軸２１を含む面２４に対し、面対称になるよう配置される。第二ＲＦコイル３２０Ａと第二ＲＦコイル３２０Ｂとも、同様に、ＲＦシールド３９０内において、座標２０のｘｚ平面であって中心軸２１を含む面２４に対称になるよう配置される。さらに、第一ＲＦコイル３１０Ａ、３１０Ｂおよび第二ＲＦコイル３２０Ａ、３２０Ｂは、被検体１０のｘ軸方向の両端に空間３４が確保されるよう配置される。
【００３０】
なお、以下において、特別に区別する必要がある場合を除き、第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂを、３１０、第二ＲＦコイル３２０Ａおよび３２０Ｂを３２０で代表して表す。図中も同様とする。以下、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０の詳細を説明する。
【００３１】
まず、第一のＲＦコイル３１０の詳細を説明する。図４は、送受信コイル３０１−１の第一ＲＦコイル３１０を説明するための図である。説明を簡単にするため、ここでは、第二ＲＦコイル３２０を省略して示す。図４（ａ）は、第一ＲＦコイル３１０を斜め横から見た図であり、図４（ｂ）は、第一ＲＦコイル３１０を中心軸２１の方向から見た図である。
【００３２】
第一ＲＦコイル３１０は、ＲＦシールド３９０の中心軸２１と実質的に平行な複数（図４では８本）の第一導体３１１と、中心軸２１の方向と実質的に直交する面に位置する２つの円弧状の第二導体３１２と、複数の第一キャパシタ３１３とを備える。第一導体３１１は、ＲＦシールド３９０と一定の距離を有する円筒状の曲面３１上に、等間隔に配置され、２つの第二導体３１２は、ｚ軸方向に対向して配置される。第一導体３１１の端部は第二導体３１２に接続される。第一キャパシタ３１３は、第二導体３１２上の、第一導体３１１との接続点の間に少なくとも１つ配置される。
【００３３】
このとき、図４（ｂ）に示すように、第二導体３１２が形成する円弧の中心角は１８０度未満とする。なお、第一ＲＦコイル３１０の形状は、所定の面（対称面２２）に対して面対称であればよい。ここで、対称面２２は、中心軸２１を含み、第二導体３１２の円弧方向の中央を通る面とする。本実施形態では、対称面２２が面２３と一致する。なお、第一ＲＦコイル３１０Ａと第一ＲＦコイル３１０Ｂとは、中心軸２１に対して１８０度の回転対称となるよう構成され、配置されることが望ましい。
【００３４】
また、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとは、配置される曲面３１の円周方向のそれぞれ中央に最も近い第一キャパシタ３１３の両端に接続される。
【００３５】
なお、ここでは、第一導体３１１の本数が８本の場合を例示するが、第一導体３１１の本数はこれに限られない。
【００３６】
次に、第二のＲＦコイル３２０の詳細を説明する。図５は、送受信コイル３０１−１の第二ＲＦコイル３２０を説明するための図である。説明を簡単にするため、ここでは、第一ＲＦコイル３１０を省略して示す。図５（ａ）は、第二ＲＦコイル３２０を斜め横から見た図であり、図５（ｂ）は、第二ＲＦコイル３２０を中心軸２１の方向から見た図である。
【００３７】
第二ＲＦコイル３２０は、中心軸２１と実質的に平行かつ円筒状の曲面３１上に配置される第三導体３２１と、第三導体３２１の両端をＲＦシールド３９０に接続点３２６で接続する第四導体３２２と、第三導体３２１に配置される第二キャパシタ３２３とから構成される半ループ３２７を複数備える。複数（図５では７本）の半ループ３２７は、対称面２２（ここでは、面２３に一致）に対して面対称となるように、曲面３１上に沿って、第一ＲＦコイル３１０の各第一導体３１１間に、隣接する両第一導体３１１から等距離の位置に、配置される。２つの第二ＲＦコイル３２０Ａおよび３２０Ｂも、中心軸２１に対して１８０度の回転対称となるよう構成され、配置されることが望ましい。
【００３８】
第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとは、それぞれ、配置される曲面３１の円周方向の中央近傍の半ループ３２７上の第二キャパシタ３２３上に接続される。なお、給電点が接続される半ループ３２７は、第二キャパシタ３２３を少なくとも２つ備える。
【００３９】
なお、ここでは、第三導体３２１が７本の場合を例示しているが、第三導体３２１の本数はこれに限られない。第三導体３２１は、第一導体３１１の本数より１本少ない数でであって、第二導体３１２で接続されている２本の第一導体３１１からそれぞれ等しい間隔をあけて配置可能な本数であればよい。
【００４０】
次に、第一のＲＦコイル３１０と第二のＲＦコイル３２０との位置関係を説明する。ここでは、両者の位置関係を分かりやすくするために、図３に示す線分Ａ−Ａ’でＲＦシールド３９０を切断し、送受信コイル３０１−１を平面上に展開した状態を図６に示す。また、図を見やすくするため４つの給電点３１５Ａ、３１５Ｂ、３２５Ａ、３２５Ｂは省略する。図６（ａ）は、展開した状態を上から見た図（展開図）であり、図６（ｂ）は、展開図の中の第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０の一部分３３０を拡大した図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）を斜めから俯瞰した図である。これらの図に示すように、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０とは、それぞれが接触しないように配置され、第三導体３２１は隣接する２つの第一導体３１１に対して等しい間隔となる位置に配置される。
【００４１】
なお、図３から図５に示すＲＦシールド３９０は、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０との構造が見えるよう、側面を構成する円筒導体を透明なものとして示すが、実際にはＲＦシールド３９０の側面は不透明の導電体材料で覆われる。以下、本明細書の全図において、同様にＲＦシールド３９０の側面は透明なものとして示す。
【００４２】
上記形態を有する本実施形態の送受信コイル３０１−１において、第一キャパシタ３１３および第二キャパシタ３２３の値は、それぞれ、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０の共振周波数が照射する高周波磁場の周波数となるよう調整される。
【００４３】
第一ＲＦコイル３１０を構成する第一導体３１１の本数をＮ（図３の場合は８本）とすると、第一ＲＦコイル３１０は、Ｎ本のラングを持つ部分円筒状のバードケージ型コイルと等価回路上は同じとなる。一般に、Ｎ本のラングを持つ部分円筒状のバードケージ型コイルは、非特許文献４に示されるように、Ｎ−１個の共振モードを持つ。また、第二導体３１２上にキャパシタが配置される場合、周波数が低い方からＮ−１番目の共振モードが、均一な磁場分布を発生する。以後、この共振モードを最適共振モードと呼ぶ。
【００４４】
従って、本実施形態では、第一ＲＦコイル３１０が持つ複数の共振周波数の中で、低い方からＮ−１番目（図３の場合は７番目）の共振周波数を送受信コイル１１６の磁気共鳴周波数に合わせる。また、第二ＲＦコイル３２０が持つ複数の共振周波数の中で、最も低い共振周波数を同磁気共鳴周波数に合わせる。
【００４５】
例えば、ＲＦシールド３９０の直径を７００ｍｍ、ｚ軸方向の長さを１０００ｍｍとし、第一ＲＦコイル３１０の第一導体の長さを５２０ｍｍ、その本数を１０本とし、第二ＲＦコイル３２０の第三導体の長さを５００ｍｍ、半ループ３２７の数を９とし、第一ＲＦコイル３１０を直径６４０ｍｍの円筒状の曲面３１上に沿って、中心軸２１から座標２０のｙ軸方向に対して±７５ｍｍの領域に第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０とが存在しないように配置し、送受信コイル３０１−１を構成する。このような送受信コイル３０１−１において、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０の共振周波数を、１２８ＭＨｚに合わせる場合、第一キャパシタ３１３の値と第二キャパシタ３２３の値とはそれぞれ１３．５ｐＦ、６．４ｐＦとなる。なお、このとき第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０に用いる導体は直径５ｍｍの棒状導体とした。
【００４６】
次に、送受信コイル３０１−１と、高周波信号分配・合成器３０７と送受信切換器３０２を介した送信器３０３および受信器３０４との接続の詳細について説明する。図７は、送受信コイル３０１−１、高周波信号分配・合成器３０７、送受信切換器３０２、送信器３０３および受信器３０４の接続の詳細を説明するための図である。
【００４７】
まず、高周波信号分配・合成器３０７の構成について説明する。高周波信号分配・合成器３０７は、ＱＤハイブリッド３４１と、０−１８０度分配・合成回路（第一０−１８０度分配・合成回路３４３、第二０−１８０度分配・合成回路３４４）と、を備える。ＱＤハイブリッド３４１は、２入力・２出力の回路で、１つの入力に対しては、信号波形の位相差が９０度となる２つの信号に分配して出力し、２つの入力に対しては、一方の位相を９０度シフトさせたて合成した信号を出力する。第一０−１８０度分配・合成回路３４３および第二０−１８０度分配・合成回路３４４は、それぞれ、１つの高周波信号を信号波形の位相差が１８０度の２つの高周波信号に分配する機能および、２つの高周波信号を一方の位相を１８０度シフトさせたのち合成する機能を持つ。
【００４８】
送信器３０３と受信器３０４は、それぞれ送受信切換器３０２を介してＱＤハイブリッド３４１に接続され、ＱＤハイブリッド３４１の２つの出力は、第一０−１８０度分配・合成回路３４３と第二０−１８０度分配・合成回路３４４との入力にそれぞれ接続される。第一０−１８０度分配・合成回路３４３の２つの出力は、バラン３４５を介して、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ接続され、第二０−１８０度分配・合成回路３４４の２つの出力は、バラン３４５を介して、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ接続される。
【００４９】
次に、以上のように、キャパシタの値が調整され、送信器３０３および受信器３０４に送受信切換器３０２と高周波信号分配・合成器３０７を介して接続される送受信コイル３０１−１が、高周波磁場を被検体１０に照射するとともに前記被検体１０から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力することを説明する。なお、高周波信号は、前述のように、予め定められたプログラムに従って計算機５０１により制御されるシーケンサ４０１からの指示に従って、送信器３０３から出力される。この時、送信器３０３に接続されている送受信切換器３０２は、シーケンサ４０１からの指示によりオンとなる。
【００５０】
図７に示すように、送信器３０３から高周波信号が送受信切換器３０２を介して入力されると、ＱＤハイブリッド３４１は、位相が９０度異なる高周波信号を生成し、それぞれ第一０−１８０度分配・合成回路３４３と第二０−１８０度分配・合成回路３４４とに出力する。第一０−１８０度分配・合成回路３４３は、入力された高周波信号を、互いの位相差が１８０度となるように２つに分配し、それぞれ第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとに印加する。第二０−１８０度分配・合成回路３４４は、入力された高周波信号を、互いの位相差が１８０度となるように２つに分配し、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ印加する。
【００５１】
互いの位相差が１８０度となる高周波信号が第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ印加された場合の、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂの動作を、図８を用いて説明する。なお、図８では、説明を容易にするため、第二ＲＦコイル３２０を省略する。
【００５２】
上述のように、第一ＲＦコイル３１０は、最適共振モードで共振するよう調整されている。第一ＲＦコイル３１０がこの最適共振モードで共振するとき、第一ＲＦコイル３１０の各導体上には、図８（ａ）に矢印で示す高周波電流８１０が流れる。すなわち、第一導体３１１上では、高周波電流８１０は、第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂを挟んで反対向きに流れ、その大きさは第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂから離れるに従って増加する。また、それぞれの第二導体３１２上では、高周波電流８１０は、一方向に流れ、その大きさは第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂから第二導体３１２の両端に向かって減少する。
【００５３】
なお、図８（ａ）では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。また、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂに流れる電流の向きと大きさは、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂにそれぞれ印加される高周波信号の位相差が１８０度であるため、座標２０のｙ軸方向に対して対称となる。
【００５４】
この高周波電流８１０により、送受信コイル３０１−１の中心部には、ビオ・サバールの法則に従って、図８（ｂ）に示す、座標２０のｙ軸に平行な向きに振動する第一高周波磁場Ｂｙ８３０が発生する。なお、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０とは、近接して配置されているが、後述のように、その位置関係により、両者の磁気結合は非常に小さい。従って、磁気結合により第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０の共振特性が変化して第一高周波磁場８３０の発生を妨げることはない。
【００５５】
互いの位相差が１８０度となる高周波信号が第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ印加された場合の、２つの第二ＲＦコイル３２０Ａおよび３２０Ｂの動作を、図５および図９から図１１を用いて説明する。図９は、第二ＲＦコイル３２０のインピーダンス特性のグラフであり、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスを示す。また、図１０、図１１では、説明を容易にするため、第一ＲＦコイル３１０を省略する。
【００５６】
第二ＲＦコイル３２０が有する共振モードの数は、第三導体３２１の本数、すなわち、半ループ３２７の数に依存する。ＲＦシールド３９０の上に並べられたＮ個の半ループ３２７が示すインピーダンスは、Ｉｎｔ（Ｎ／２）＋１個の共振ピークを持つ周波数特性を示す。ここでＩｎｔ（ｘ）は、ｘの整数部分を示す。例えば、第二ＲＦコイル３２０が図５に示すように７個の半ループ３２７を持つ場合、この第二ＲＦコイル３２０は、図９に示すように４つの共振ピークを持つ。
【００５７】
そして、Ｉｎｔ（Ｎ／２）＋１個の共振ピークの中で最も周波数が低い共振モードでは、図１０に示すように、それぞれの半ループ３２７に同方向の高周波電流８１０が流れ、電流の大きさは外側の半ループ３２７になるほど減少する。なお、図１０では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。２つの第二ＲＦコイル３２０に流れる電流の向きと大きさは、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂにそれぞれ印加される高周波信号の位相差が１８０度であるため、図１０に示す第二ＲＦコイル３２０Ａに流れる電流の向きと、第二ＲＦコイル３２０Ｂに流れる電流の向きは、逆転する。
【００５８】
図１１（ａ）に示すように、第三給電点３２５Ａが配置された半ループ３２７に流れる高周波電流８１０は磁束８２１Ａを生じさせ、送受信コイル３０１−１の中心部の磁場ベクトル８２２Ａは、この半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。ここでは、座標２０のｘ軸と平行となる。第二ＲＦコイル３２０Ａの他の半ループ３２７が作る高周波磁場も同様に、それぞれの半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。第二ＲＦコイル３２０Ａの各半ループ３２７が対称面２２に対して面対称に配置されているため、第二ＲＦコイル３２０Ａを構成する全ての半ループ３２７が作る高周波磁場は、図１１（ｂ）に示すような磁場ベクトル８２２Ａの合成で表され、座標２０のｘ軸に平行な向きの高周波磁場が発生する。
【００５９】
また、図１１（ｃ）に示すように、第四給電点３２５Ｂが配置された半ループ３２７に流れる高周波電流８１０は、磁束８２１Ｂを生じさせ、送受信コイル３０１−１の中心部の磁場ベクトル８２２Ｂは、この半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。ここでは、座標２０のｘ軸と平行となる。第二ＲＦコイル３２０Ｂの他の半ループ３２７が作る高周波磁場も同様に、それぞれ半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。従って、第二ＲＦコイル３２０Ｂを構成する全ての半ループ３２７が作る高周波磁場は、図１１（ｄ）に示すような磁場ベクトル８２２Ｂの合成で表され、座標２０のｘ軸と同じ向きの高周波磁場が発生する。
【００６０】
高周波電流８１０は、一定周期で電流の流れる方向が反転することから、図１１（ｅ）に示すように、２つの第二ＲＦコイル３２０は、送受信コイル３０１−１の中心部に座標２０のｘ軸に平行な向きに振動する第二高周波磁場Ｂｘ８４０を発生させる。
【００６１】
２つの第一ＲＦコイル３１０が発生させる第一高周波磁場Ｂｙ８３０と２つの第二ＲＦコイル３２０が発生させる第二高周波磁場Ｂｘ８４０とは、図１２に示すように、磁場の向きが互いに直交する。ここで、第一給電点３１５Ａと第三給電点３２５Ａとに印加される高周波信号の位相差、および、第二給電点３１５Ｂと第四給電点３２５Ｂとに印加される高周波信号の位相差は、ともに９０度である。これは、送信器３０３から送られた高周波信号がＱＤハイブリッド３４１によって互いの位相差が９０度となるように分配されるためである。よって、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との位相差は９０度となり、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との合成磁場は、座標２０のｚ方向から見てｘｙ面内を回転する磁場となる。従って、送受信コイル３０１−１は、ＱＤ照射方式と同様に、直交する２方向の高周波磁場の一方の位相を９０度シフトさせて照射する。
【００６２】
上述のように、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との合成磁場は、座標２０のｚ方向から見てｘｙ面内を回転する磁場となる。このような高周波磁場の印加により、磁気共鳴信号が、座標２０のｚ方向からみてｘｙ面内を回転する磁場となって被検体１０から放射される。送受信コイル３０１−１は、これを、相反定理に従い、高周波磁場を照射する場合と同様に、ｘｙ面内を回転する磁場をＱＤ方式により検出する。
【００６３】
具体的には、第一給電点３１５Ａ、第二給電点３１５Ｂ、第三給電点３２５Ａ、第四給電点３２５Ｂに、それぞれ、磁気共鳴信号に対応した高周波信号が生じる。図７に示すように、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとに生じた高周波信号は、第一０−１８０度分配・合成回路３４３に入力され、ここで一方の信号の位相を１８０度シフトさせて合成される。また、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとに生じた高周波信号は、第二０−１８０度分配・合成回路３４４に入力され、ここで一方の信号の位相を１８０度シフトさせて合成される。
【００６４】
第一０−１８０度分配・合成回路３４３および第二０−１８０度分配・合成回路３４４で合成された２つの信号は、ＱＤハイブリッド３４１に入力され、ここで一方の信号の位相を９０度シフトさせて合成され、送受信切換器３０２を介して、受信器３０４に送られる。この時、受信器３０４に接続されている送受信切換器３０２は、シーケンサ４０１からの指示によりオンとなる。
【００６５】
このように、図３に示す送受信コイル３０１−１は、ＱＤ方式による送受信コイルと同様に動作する。
【００６６】
以上説明した本実施形態の送受信コイル３０１−１の検査空間の拡大の度合いと性能とについて、従来から用いられているバードケージコイルと比較した結果を示す。ここでは、性能として照射強度および照射分布の均一度をとりあげる。両コイルの照射分布は、電磁界シミュレーションにより求めた。
【００６７】
用いた送受信コイル３０１−１の仕様は以下のとおりである。ＲＦシールド３９０の直径は７００ｍｍ、長さは１０００ｍｍ、第一ＲＦコイル３１０の第一導体３１１の長さは５２０ｍｍ、その本数は１０本、第二ＲＦコイル３２０の第三導体３２１の長さは５２０ｍｍ、半ループは９つ、とした。また、これらの第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０を、直径６４０ｍｍの円筒状の曲面３１上に沿って、中心軸２１から座標２０のｙ軸方向に±７５ｍｍの領域にコイルが存在しないように配置した。また、各キャパシタの値は、送受信コイル３０１−１の共振周波数が１２８ＭＨｚとなるよう調整した。
【００６８】
比較の対象とするバードケージコイルは、同一寸法のＲＦシールドを用い、曲面３１と同一寸法の円筒状の曲面上に配置される長さ５００ｍｍのハイパス型１６ラングバードケージコイルとした。このバードケージコイルも、共振周波数が１２８ＭＨｚとなるようキャパシタの値を調整した。
【００６９】
送受信コイル３０１−１においては、本実施形態で説明した手法によるＱＤ照射を行い、バードケージコイルでは、通常のＱＤ方式による照射を行った。両者のコイルの中心を通るｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の照射強度の一次元プロファイルを図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。ここでは、送受信コイル３０１−１では、第一導体３１１の長さ方向の中心を通る断面と中心軸２１との交点、バードケージコイルでは、長さ方向の中心を通る断面と中心軸との交点を原点とした。図１３において、横軸は、各軸方向の原点からの距離〔ｍｍ〕を、縦軸は、照射強度〔Ａ／ｍ／√Ｗ〕を示す。また、本実施形態の送受信コイル３０１−１の照射強度の一次元プロファイルは実線で、バードケージコイルの照射強度の一次元プロファイルは破線で示す。
【００７０】
図１３に示すように、送受信コイル３０１−１では、原点をとおり中心軸２１に垂直な平面上において、原点を中心とした半径１５０ｍｍの領域における１Ｗあたりの照射強度の平均は、０．２５１［Ａ／ｍ／√Ｗ］、同一領域における照射分布の均一度は６．５％であった。また、ｚ軸方向の照射強度の一次元プロファイルにおいて、原点の照射強度の７０％以上を満たす範囲は、−１９６ｍｍ〜＋１９６ｍｍであった。一方、ハイパス型１６ラングバードケージコイルでは、原点をとおり中心軸２１に垂直な平面上において、原点を中心とした半径１５０ｍｍの領域における１Ｗあたりの照射強度の平均は、０．２６１［Ａ／ｍ／√Ｗ］であり、同一領域における照射分布の均一度は２．０％であった。ｚ軸方向の照射強度の一次元プロファイルにおいて、原点の照射強度の７０％以上を満たす範囲は、−１８２ｍｍ〜＋１８２ｍｍであった。なお、照射分布の均一度は、設定した領域内の照射強度の、最大値と最小値との和に対する最大値と最小値との差の比率を百分率で表したものである。
【００７１】
このように、本実施形態の送受信コイル３０１−１の照射強度は、ＱＤ照射を行ったハイパス型１６ラングバードケージコイルの９５％であり、従来のバードケージコイルとほぼ同等の照射強度となることが示された。また、一般に、均一度が１７．６％以下であれば、領域内の全ての照射強度が最大値の７０％以上となり、撮影上問題が生じない。本実施形態の送受信コイル３０１−１の、電磁界シミュレーションから得られた均一度は上述のように６．５％である。また、ｚ軸方向の照射強度の均一性では原点の照射強度の７０％以上を満たす範囲がハイパス型１６ラングバードケージコイルを上回る。これらのことから、本実施形態の送受信コイル３０１−１は、撮影上問題ないレベルの均一な照射分布を持つことが示された。
【００７２】
一方、検査空間については、図３に示すように、送受信コイル３０１−１を用いる場合、１６ラングバードケージ型コイルを用いる場合に比べて、被検体１０のｘ軸方向の両端に空間３４、すなわち、ｘ軸方向にそれぞれ３０ｍｍ、ｙ軸方向に±７５ｍｍの空間を得ることができる。
【００７３】
従って、１６ラングバードケージ型コイルの代わりに本実施形態の送受信コイル３０１−１を用いることで、同程度の照射強度、照射分布の均一度を維持しながら検査空間を広げることができることがわかる。
【００７４】
なお、２つのコイルを用いる場合、両コイル間に磁気結合が生じ、一方のコイルから発生した磁場により他方のコイルの給電点に誘導電流が流れることがある。すると、単独のコイルを用いる場合に比べ、インピーダンスピークのＱ値が半分以下に低下してコイルの照射強度が低下したり、インピーダンスピークが２つに分裂して所望の高周波磁場を照射できない場合がある。ここで、本実施形態の送受信コイル３０１−１を構成する第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０において、磁気結合による電流が給電点に流れないことを、以下説明する。
【００７５】
まず、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０の間の磁気結合は、最も近接する部分が支配的であることから、両ＲＦコイルの間で最も近接する部分の磁気結合が生じないことを説明する。第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０とは図６（ａ）に示すように、互いに近接して配置される。特に、図１４（ａ）に示すように、２本の隣接する第一導体３１１とそれらを接続する第二導体３１２の部分と第一キャパシタ３１３とで構成されるループ３１６と、ＲＦシールド３９０に接続点３２６で接続される半ループ３２７であって、そのループ３１６内に配置される第二ＲＦコイル３２０の半ループ３２７とが最も近接する。
【００７６】
ループ３１６に電流が流れると、図１４（ｂ）に示すように、ループ３１６が作る磁場８２３が発生する。半ループ３２７の第三導体３２１は、ループ３１６の２本の第一導体に平行かつ等間隔となるように配置されているため、ループ３１６が作る磁場８２３は、半ループ３２７を含む平面３２に対して対称に分布する。よって、ループ３１６が作る磁場８２３は、半ループ３２７に鎖交せず磁気結合は生じない。
【００７７】
一方、半ループ３２７に電流が流れると、図１４（ｃ）に示すように、半ループ３２７が作る磁場８２４が発生する。半ループ３２７の第三導体３２１は、ループ３１６の２本の第一導体に平行かつ等間隔となるように配置されているため、半ループ３２７が作る磁場８２４は、半ループ３２７を含む平面３２に対して対称に分布する。半ループ３２７が作る磁場８２４はループ３１６に鎖交しているが、磁場分布の対称性からループ３１６に鎖交する磁場８２４の総和は０となり、半ループ３２７が作る磁場８２４により、ループ３１６に磁気結合は生じない。よって、最も近接する位置に配置される第一ＲＦコイル３１０を構成するループ３１６と第二ＲＦコイル３２０を構成する半ループ３２７との間に磁気結合が生じないことが示された。
【００７８】
次に、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０の間で一方のコイルから発生した磁場により他方のコイルの給電点に電流が流れないことを説明する。図１２に示すように、２つの第一ＲＦコイル３１０が発生させる第一高周波磁場Ｂｙ８３０と２つの第二ＲＦコイル３２０が発生させる第二高周波磁場Ｂｘ８４０とは、磁場の向きが互いに直交する。第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとは、それぞれ、配置される曲面３１の円周方向の中央近傍の半ループ３２７上の第二キャパシタ３２３上に接続されるため、第一ＲＦコイル３１０が発生させる第一高周波磁場Ｂｙ８３０は、第三給電点３２５Ａおよび第四給電点３２５Ｂが配置されている半ループ３２７のループ面と平行となる。よって、第一高周波磁場Ｂｙ８３０は半ループ３２７に鎖交せず、第三給電点３２５Ａおよび第四給電点３２５Ｂには、第一高周波磁場Ｂｙ８３０による電流は流れない。
【００７９】
また、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとは、配置される曲面３１の円周方向のそれぞれ中央に最も近い第一キャパシタ３１３の両端に接続されるため、第二ＲＦコイル３２０が発生させる第二高周波磁場Ｂｘ８４０の向きと、第一給電点３１５Ａおよび第二給電点３１５Ｂが配置されているループ３１６のループ面とが平行となる。よって、第二高周波磁場Ｂｘ８４０はループ３１６と鎖交せず、第一給電点３１５Ａおよび第二給電点３１５Ｂには、第二高周波磁場Ｂｘ８４０による電流が流れない。
【００８０】
従って、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０との間で、最も近接する位置に配置されるループ３１６および半ループ３２７の間に磁気結合が生じないこと、および、第一ＲＦコイル３１０と第二ＲＦコイル３２０とがそれぞれ発生させる高周波磁場により、互いの給電点に電流が流れないことが示された。
【００８１】
図１３に示す照射強度を有する送受信コイル３０１−１の場合、第一ＲＦコイル３１０単体のＱ値は４６６であった。一方、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０を配置し、第一ＲＦコイル３１０にのみ給電したときの第一ＲＦコイルのＱ値は４５４であった。このように、第二ＲＦコイル３２０を配置することによる第一ＲＦコイル３１０のＱ値の低下は２．６％であり、コイルの動作上問題ない程度に小さい。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除きながら、ＱＤ方式の照射を可能とするとともに、従来の円筒状ＲＦコイルと同程度の照射強度および照射分布の均一性を実現できる。従って、本実施形態によれば、トンネル型ＭＲＩ装置において、バードケージ型コイルに比して、照射効率および所望の撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除いた分、広い検査空間を確保可能な送受信コイルを提供できる。従って、本実施形態によれば、このような送受信コイルを用い、被検体に開放感を与えるＭＲＩ装置、検査空間内に各種機器の設置スペースを確保できるＭＲＩ装置を構成することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、送受信コイル３０１−１と送信器３０３および受信器３０４とを送受信切換器３０２を介して接続する高周波信号分配・合成器３０７の構成として、図７に示すものを例示しているが、高周波信号分配・合成器３０７の内部配線はこれに限られない。高周波信号分配・合成器３０７の入力信号および出力信号の振幅および位相の関係が同じであればよい。
【００８４】
また、本実施形態では、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとに印加する高周波信号の位相差、および、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとに印加する高周波信号の位相差は、ともに１８０度としているが、これに限られない。照射効率を半分以下にせず、かつ、照射分布の均一度を上記１７．６％以下にしない範囲であればよく、例えば、１８０度の近傍の値であってもよい。言い換えれば、第一ＲＦコイル３１０から照射される第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二ＲＦコイル３２０から照射される第二高周波磁場Ｂｘ８４０との合成磁場が、座標２０のｚ軸方向から見てｘｙ面内を回転する磁場、すなわち円偏波磁場となるような位相差であればよい。
【００８５】
また、図３から図５では、送受信コイル３０１−１の対称面２２が、座標２０のｙｚ平面に平行になるよう配置される場合を例示する。しかし、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂと、２つの第二ＲＦコイル３２０Ａおよび３２０Ｂとの配置はこれに限られない。
【００８６】
第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０の配置の変形例の送受信コイル３０１−２を図１５に示す。送受信コイル３０１−２では、対称面２２が座標２０のｘｚ面に平行となるよう配置する。なお、図１５は送受信コイル３０１−２を中心軸２１の方向から見た図である。なお、ここでは、各給電点は省略する。
【００８７】
送受信コイル３０１−２は、図３に示す送受信コイル３０１−１を中心軸２１に対して９０度回転させたもので、他の構成は図３に示す送受信コイル３０１−１と同様である。従って、送受信コイル３０１−２は、送受信コイル３０１−１同様、ＱＤ方式による送受信コイル１１６として動作する。すなわち、送受信コイル３０１−２を送受信コイル３０１として用いる場合、送受信コイル３０１−１を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
さらに、送受信コイル３０１−２は、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０を図１５に示すよう配置することにより、ＲＦシールド３９０内において、ｙ軸方向の両端にコイルが存在しない空間３４が確保される。例えば、図１５に示すように、テーブル１０２の上に被検体１０が仰向けに寝る場合、被検体１０が見上げる空間が拡大する。従って、送受信コイル３０１−２は、被検体１０の視覚的な圧迫感の低減効果が大きい。さらに、被検体１０の上方向の空間は、脳機能計測用の視覚刺激装置などの配置に適する。従って、送受信コイル３０１−２によれば、このような機器に適した設置スペースを確保できる。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態の変形例である送受信コイル３０１−２によれば、トンネル型ＭＲＩ装置において、バードケージ型コイルに比して、照射効率および所望の撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、円筒状ＲＦコイルの一部を取り除いた分、広い検査空間を確保可能な送受信コイルを提供できる。さらに、検査中に被検体が見上げる空間が拡大するため、被検体への視覚的な圧迫感が低減できるとともに、検査空間内に脳機能計測用の視覚刺激装置などの各種機器の設置スペースを確保できる。
【００９０】
また、上記実施形態では、第一ＲＦコイル３１０では、共振周波数を調整するために第二導体３１２上に第一キャパシタ３１３を配置する場合を例示した。キャパシタの配置はこれに限られない。第一導体３１１上にもキャパシタを配置するよう構成してもよい。この場合の送受信コイル３０１−３を図１６に示す。ここでは、各給電点は省略する。
【００９１】
この送受信コイル３０１−３は、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂの第一導体３１１上に第三キャパシタ３１４をさらに備える。なお、図１６は、送受信コイル３０１−３を斜め横から見た図である。
【００９２】
このように構成することにより、第一キャパシタ３１３と第三キャパシタ３１４とを用いて共振周波数の調整を行うことができる。従って、送受信コイル３０１−１により得られる効果に加え、両キャパシタの値の設定自由度が拡大し、コイルの設計が容易になる。
【００９３】
なお、第一導体３１１上に第三キャパシタ３１４を配置すると、第一ＲＦコイル３１０の共振モードの数は変化しないが、第一ＲＦコイル３１０に流れる電流分布は変化する。電流分布の変化に伴い、磁場分布も変化する。従って、送受信コイル３０１−１と同様に、周波数が低い方からＮ−１番目（図１６の場合は７番目）の共振モードで均一な磁場分布を得るため、以下の式（１）を満たすよう、第一キャパシタ３１３と第三キャパシタ３１４との値を調整する。
Ｃ１／Ｃ３＜Ｍ／Ｌ        （１）
ここで、Ｃ１は第一キャパシタ３１３の値、Ｃ３は第三キャパシタ３１４の値、Ｌは第一導体３１１のインダクタンス、Ｍは隣接する２本の第一導体３１１で分割される第二導体３１２の一部分のインダクタンスである。
【００９４】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第二の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第一の実施形態と同様である。ただし、送受信コイルが備えるＲＦシールドと第一ＲＦコイルおよび第二ＲＦコイルとの形状が異なる。以下、第一の実施形態と異なる構成について説明する。なお、本実施形態においても、座標２０のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場９００の向きとは同じとする。
【００９５】
図１７は、本実施形態の送受信コイル３０１−４の構成を説明するための図である。図１７（ａ）は、送受信コイル３０１−４を斜め横から見た図であり、図１７（ｂ）は、送受信コイル３０１−４の中心軸２１方向から見た図である。なお、第一ＲＦコイル３１０（３１０Ａ、３１０Ｂ）および第二ＲＦコイル３２０（３２０Ａ、３２０Ｂ）は、対称面２２が、座標２０のｙｚ平面に平行になるよう配置される。
【００９６】
送受信コイル３０１−１では、ＲＦシールド３９０と、第一導体３１１、第二導体３１２および第三導体３２１が配置される曲面３１とは円筒である。しかし、本実施形態の送受信コイル３０１−４では、ＲＦシールド３９０−４と第一導体３１１、第二導体３１２および第三導体３２１が配置される曲面３１−４とは、座標２０のｘ軸方向に断面の楕円が長軸を持つ楕円筒とする。また、ＲＦシールド３９０−４と曲面３１−４との距離は、対称面２２が最大で、外側に向かうにつれて狭まる。
【００９７】
本図に示すように、本実施形態の送受信コイル３０１−４は、このような形状を有するため、ＲＦシールド３９０−４の短軸（ｙ軸方向の径）がＲＦシールド３９０のｙ軸方向の直径と同じ長さであれば、ｘ軸方向の径がＲＦシールド３９０の径より長くなる。このため、送受信コイル３０１−１に比べ、被検体１０とＲＦシールドとの間の空間３４が拡大する。
【００９８】
なお、送受信コイル３０１−４に配置される複数の第一キャパシタ３１３および第二キャパシタ３２３は、配置される位置ごとに調整される。調整方法を以下に示す。
【００９９】
第一ＲＦコイル３１０の場合、ＲＦシールド３９０−４との距離が対称面２２を中心に外側に向かって狭まるため、第一導体３１１の等価的なインダクタンスは、対称面２２から離れた位置にあるものほど低下する。そこで、まず、第一キャパシタ３１３の値を、隣接する２つの第一導体３１１と第二導体３１２とで構成される複数のループ３１６ごとに、ループ３１６が単体で動作するときの共振周波数が同一の周波数となるよう調整する。その状態を維持しながら、第一ＲＦコイル３１０が持つ複数の共振周波数の中で、第一導体３１１の本数がＮ（図１７の例では８本）の場合、周波数が低い方からＮ−１番目（図１７の例では７番目）の共振周波数が、送受信コイル３０１−４で用いる磁気共鳴周波数に一致するよう各第一キャパシタ３１３の値を調整する。以上の調整により、第一ＲＦコイル３１０が最適共振モードで共振する。
【０１００】
一方、第二ＲＦコイル３２０では、複数配置される半ループ３２７ごとに、半ループ３２７が単体で動作する時の共振周波数が同一の周波数となるように、第二キャパシタ３２３の値をそれぞれ調整する。その状態を維持しながら、第二ＲＦコイル３２０が持つ複数の共振周波数の中で最も低い共振周波数が、送受信コイル３０１−４で用いる磁気共鳴周波数に一致するよう各第二キャパシタ３２３の値を調整する。
【０１０１】
次に、以上のように調整された送受信コイル３０１−４が、高周波磁場を被検体１０に照射するとともに前記被検体１０から発生する磁気共鳴信号を検出して検出信号として出力することを説明する。送受信コイル３０１−４と送信器３０３との接続関係は、第一の実施形態と同様である。すなわち、送信器３０３から印加された高周波信号は送受信切換器３０２で４つに分配され、送受信コイル３０１−４の第一給電点３１５Ａ、第二給電点３１５Ｂ、第三給電点３２５Ａ、および第四給電点３２５Ｂにそれぞれ印加される。このとき、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ印加される信号の位相差と、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ印加される信号の位相差はともに１８０度となり、第一給電点３１５Ａと第三給電点３２５Ａとにそれぞれ印加される信号の位相差は９０度となる。
【０１０２】
互いの位相差が１８０度となる高周波信号が第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ印加された場合の、２つの第一ＲＦコイル３１０Ａおよび３１０Ｂの動作を、図１８を用いて説明する。なお、図１８は説明を容易にするため第二ＲＦコイル３２０を省略する。
【０１０３】
第一ＲＦコイル３１０は、上述のように最適共振モードで共振するよう調整される。従って、第一の実施形態と同様に、第一ＲＦコイル３１０の各導体上には、図１８（ａ）に示す高周波電流８１０が流れる。すなわち、第一導体３１１上では、高周波電流８１０は、第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂを挟んで反対向きに流れ、その大きさは第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂから離れるに従って増加する。また、それぞれの第二導体３１２上では、高周波電流８１０は、一方向に流れ、その大きさは第一給電点３１５Ａまたは第二給電点３１５Ｂから第二導体３１２の両端に向かって減少する。
【０１０４】
なお、図１８（ａ）では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。ここで、２つの第一ＲＦコイル３１０に流れる電流の向きと大きさは、第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ印加される高周波信号の位相差が１８０度であるため、座標２０のｙ軸方向に対して対称となる。
【０１０５】
この高周波電流８１０により、送受信コイル３０１−４の中心部には、ビオ・サバールの法則に従って、図１８（ｂ）に示す、座標２０のｙ軸に平行な向きに振動する第一高周波磁場Ｂｙ８３０が発生する。
【０１０６】
次に、互いの位相差が１８０度となる高周波信号が第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ印加される場合の、２つの第二ＲＦコイル３２０の動作を、図１９および図２０を用いて説明する。図１９、図２０では説明を容易にするため、第一ＲＦコイル３１０を省略する。
【０１０７】
第一の実施形態同様、最も周波数が低い共振モードでは、図１９に示すように、それぞれの半ループ３２７に同方向の高周波電流８１０が流れ、電流の大きさは外側の半ループ３２７になるほど減少する。このとき、半ループ３２７に流れる高周波電流８１０の大きさは、図１７（ｂ）に示す対称面２２に対して対称となる。なお、図１９では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。２つの第二ＲＦコイル３２０に流れる電流の向きと大きさは、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ印加される高周波信号の位相差が１８０度であるため、図１９に示す第二ＲＦコイル３２０Ａに流れる電流の向きと、第二ＲＦコイル３２０Ｂに流れる電流の向きとは、逆転する。
【０１０８】
図２０（ａ）に示すように、第三給電点３２５Ａが配置された半ループ３２７に流れる高周波電流８１０は磁束８２１を生じさせ、送受信コイル３０１−４の中心部の磁場ベクトル８２２Ａは、この半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。ここでは、座標２０のｘ軸と同じ向きとなる。第二ＲＦコイル３２０Ａの全ての半ループ３２７が作る高周波磁場も同様に、それぞれ半ループ３２７で規定される面に垂直な向きとなる。従って、第二ＲＦコイル３２０Ａを構成する全ての半ループ３２７が作る高周波磁場は、図２０（ｂ）に示すような７本の磁場ベクトル８２２Ａの合成で表される。ここで、７本の半ループ３２７は、対称面２２に対して対称に配置されているため、それぞれの半ループ３２７により生じる磁場ベクトル８２２Ａは、座標２０のｙ軸方向に対して対称となる。よって、７本の磁場ベクトル８２２Ａを合成すると、座標２０のｙ方向成分は相殺され、座標２０のｘ軸に平行な向きに高周波磁場が発生する。
【０１０９】
また、第二ＲＦコイル３２０Ｂの全ての半ループ３２７が作る高周波磁場についても同様である。すなわち、送受信コイル３０１−４の中心部における磁場ベクトルのｙ方向成分は相殺され、座標２０のｘ軸に平行な向きに高周波磁場が発生する。
【０１１０】
このとき、図１９に示すように、第二ＲＦコイル３２０Ａに流れる電流の向きと、第二ＲＦコイル３２０Ｂに流れる電流の向きとが逆転しているため、第二ＲＦコイル３２０Ａによる磁場と第二ＲＦコイル３２０Ｂによる磁場との向きは同じとなる。高周波電流８１０は、一定周期で電流の流れる方向が反転するため、図２０（ｃ）に示すように、２つの第二ＲＦコイル３２０は、送受信コイル３０１−４の中心部に座標２０のｘ軸に平行な向きに振動する第二高周波磁場Ｂｘ８４０を発生させる。
【０１１１】
２つの第一ＲＦコイル３１０が発生させる第一高周波磁場Ｂｙ８３０と２つの第二ＲＦコイル３２０とが発生させる第二高周波磁場Ｂｘ８４０とは、図２１に示すように、磁場の向きが互いに直交する。また、第一給電点３１５Ａおよび第三給電点３２５Ａに印加される高周波信号の位相差と、第二給電点３１５Ｂおよび第四給電点３２５Ｂに印加される高周波信号の位相差とは、ともに９０度である。これは、送信器３０３から送られた高周波信号が第一ＱＤハイブリッド３４１によって互いの位相差が９０度となるように分配されるためである。よって、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との位相差は９０度となり、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との合成磁場は、座標２０のｚ方向から見てｘｙ面内を回転する磁場となる。従って、送受信コイル３０１−４は、ＱＤ照射方式と同様に、直交する２方向の高周波磁場の一方の位相を９０度シフトさせて照射する。
【０１１２】
上述のように、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０との合成磁場は、座標２０のｚ方向から見てｘｙ面内を回転する磁場となる。このような高周波磁場の印加により、磁気共鳴信号が、座標２０のｚ方向からみてｘｙ面内を回転する磁場となって被検体１０から放射される。相反定理から、送受信コイル３０１−４は、高周波磁場を照射する場合と同様に、ｘｙ面内を回転する磁場をＱＤ方式により検出する。
【０１１３】
このように、図１７に示す送受信コイル３０１−４は、ＱＤ方式による送受信コイルと同様に動作する。
【０１１４】
次に、本実施形態の送受信コイル３０１−４のＱＤ方式による照射効率の向上の程度を電磁界シミュレーションにより求めた結果を示す。
【０１１５】
用いた送受信コイル３０１−４の仕様は以下のとおりである。楕円筒状のＲＦシールド３９０−４の長軸方向の直径は７２０ｍｍ、短軸方向の直径は６４０ｍｍ、長さは１０００ｍｍとした。第一ＲＦコイル３１０の第一導体３１１の長さは５２０ｍｍ、その本数は１２本とした。また、第二ＲＦコイル３２０の第三導体３２１の長さは５２０ｍｍ、半ループは９つとした。これらの第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０を、長軸方向の直径７００ｍｍ、短軸方向の直径６００ｍｍの楕円筒状の曲面３１上に沿って、中心軸２１から座標２０のｙ軸方向に対して±７５ｍｍの領域にコイルが存在しないように配置した。また、各キャパシタの値は、送受信コイル３０１−４の共振周波数が１２８ＭＨｚとなるよう調整した。
【０１１６】
このときの、送受信コイル３０１−４において、第一ＲＦコイル３１０のみで照射した場合のコイル中心部における１Ｗあたりの照射強度は、０．０９９［Ａ／ｍ／√Ｗ］であった、また、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０を用いて照射した場合のコイル中心における１Ｗあたりの照射強度は０．１４［Ａ／ｍ／√Ｗ］あった。第一ＲＦコイル３１０のみの場合と第二ＲＦコイル３２０を組み合わせた場合の照射強度の比は、１：１．４１となり、ＱＤ方式による照射強度の向上と同等の√２倍の向上が得られた。一般に、Ｋ倍の照射強度を得るためにはＫ２倍の照射電力が必要であることを鑑みると、本実施形態の送受信コイル３０１−４によれば、同じ照射電力で照射電力を２倍とした場合と同等の照射強度を得ていることとなり、ＱＤ方式と同様に照射効率が２倍となっていることが示された。
【０１１７】
次に、本実施形態の送受信コイル３０１−４の検査空間の拡大の度合いと照射強度および照射分布の均一度について、従来から用いられているバードケージコイルと比較した結果を示す。両者のコイルの照射分布は、電磁界シミュレーションにより求めた。
【０１１８】
用いた送受信コイル３０１−４の仕様は上記照射効率の向上を確認したものと同じである。また、比較に用いるバードケージコイルは、ＲＦシールド３９０−４と同寸法の楕円筒状のＲＦシールドを用い、曲面３１−４と同寸法の楕円筒状の曲面上に配置される長さ５００ｍｍのハイパス型１６ラング楕円バードケージコイルとした。
【０１１９】
両コイルとも、共振周波数が１２８ＭＨｚとなるようにキャパシタの値を調整した。照射方法は、送受信コイル３０１−４については、本実施形態で説明した方法によるＱＤ照射、楕円バードケージコイルについては従来のＱＤ方式による照射とした。
【０１２０】
送受信コイル３０１−４では、第一導体の長さ方向の中心を通る断面と中心軸２１との交点を原点とし、バードケージコイルでは、長さ方向の中心を通る断面と中心軸との交点を原点とすると、送受信コイル３０１−４では、原点をとおり中心軸２１に垂直な平面上において、原点を中心とした半径１５０ｍｍの領域における１Ｗあたりの照射強度の平均は、０．１４［Ａ／ｍ／√Ｗ］であり、同一領域での均一度は１５．０％であった。一方、ハイパス型１６ラング楕円バードケージコイルでは、原点をとおり中心軸２１に垂直な平面上において原点を中心とする半径１５０ｍｍ領域における１Ｗあたりの照射強度の平均は、０．１５［Ａ／ｍ／√Ｗ］、同一領域での均一度は３．６％であった。なお、照射分布の均一度は、設定した領域内の照射強度の、最大値と最小値との和に対する最大値と最小値との差の比率を百分率で表したものである。
【０１２１】
このように、本実施形態の送受信コイル３０１−４の照射強度は、ＱＤ照射を行ったハイパス型１６ラング楕円バードケージコイルの９３％であり、従来の楕円バードケージコイルとほぼ同等の照射強度となることが示された。本実施形態の送受信コイル３０１−４の、電磁界シミュレーションから得られた均一度は、上述のように１５．０％であることから、本実施形態の送受信コイル３０１−４は、撮影上問題ないレベルの均一な照射分布を持つことが示された。
【０１２２】
一方、検査空間については、送受信コイル３０１−４および楕円バードケージコイルそれぞれの寸法から、送受信コイル３０１−４は、楕円バードケージコイルに比べ、被検体１０のｘ軸方向の両端に空間３４、すなわち、座標２０のｘ軸方向に対して２０ｍｍ、同ｙ軸方向に対して±７５ｍｍ、追加の空間を得ることができる。
【０１２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、照射効率をおよび所望の撮影領域における照射分布の均一性を大きく低下させることなく、被検体の入る検査空間を広げた送受信コイルを提供できる。また、ＲＦシールドおよびＲＦコイルが楕円筒形状であるため、一方向の検査空間をさらに拡大することができる。従って、本実施形態の送受信コイルによれば、被検体に開放感を与えるＭＲＩ装置や、検査空間内に各種機器の設置スペースを確保できるＭＲＩ装置を構成することができる。
【０１２４】
なお、本実施形態においても、第一の実施形態同様、対称面２２がｘ軸と平行となるよう配置してもよい。また、第一の実施形態同様、第一導体３１１に第三キャパシタ３１４を配置するよう構成してもよい。また、ＲＦシールド３９０−４と曲面３１−４との距離は一定としてもよい。
【０１２５】
＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第三の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は、基本的に第一の実施形態と同様である。ただし、本実施形態のＭＲＩ装置では、送信コイルと受信コイルとが別個に設けられる。以下、第一の実施形態と異なる構成を中心に説明する。なお、本実施形態においても、座標２０のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場９００の向きは同じとする。
【０１２６】
図２２は、本実施形態のＭＲＩ装置１００−５の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のＭＲＩ装置１００−５は、基本的に第一の実施形態のＭＲＩ装置１００と同様の構成を有する。ただし、送信コイル３０５と受信コイル３０６とを別個に備えるため、高周波信号分配・合成器３０７と送受信切換器３０２とは備えない。それに代わるものとして、高周波信号分配器３１７を備える。なお、送信コイル３０５と高周波信号分配器３１７とにより構成される部分をＲＦコイルユニット３００−５と呼ぶこととする。また、送信コイル３０５は、高周波信号分配器３１７を介して送信器３０３に、受信コイル３０６は受信器３０４に接続される。
【０１２７】
また、本実施形態のＭＲＩ装置１００−５は、送信コイル３０５と受信コイル３０６との磁気結合を防止する磁気結合防止回路駆動装置３０８をさらに備える。送信コイル３０５及び受信コイル３０６は、磁気結合防止回路駆動装置３０８に接続され、磁気結合防止回路駆動装置３０８からの磁気結合防止信号によりコイルの動作／非動作が切り替えられる。
【０１２８】
高周波磁場が送信コイル３０５を通じて被検体１０に印加される時は、シーケンサ４０１から送られた命令により磁気結合防止回路駆動装置３０８から受信コイル３０６に磁気結合防止信号が送られる。この磁気結合防止信号により、受信コイル３０６が開放されて非動作状態となり、送信コイル３０５との磁気結合が防止される。一方、被検体１０から発生したＲＦ信号を受信コイル３０６によって受波する時は、シーケンサ４０１から送られた命令により磁気結合防止回路駆動装置３０８から送信コイル３０５に磁気結合防止信号が送られる。この磁気結合防止信号により、送信コイル３０５が開放されて非動作状態となり、受信コイル３０６との磁気結合が防止される。
【０１２９】
次に、本実施形態の送信コイル３０５及び受信コイル３０６について説明する。図２３に、本実施形態の送信コイル３０５を示す。図２３（ａ）は、送信コイル３０５を座標２０のｚ軸から斜め横の方向からみた図であり、図２３（ｂ）は、送信コイル３０５に挿入されている磁気結合防止回路３３１の詳細を説明するための図である。
【０１３０】
図２３（ａ）に示す送信コイル３０５は、図３に示す送受信コイル３０１−１と略同様の構成を有する。ただし、第一導体３１１および第三導体３２１上にそれぞれ磁気結合防止回路３３１を備える。磁気結合防止回路３３１は、図２３（ｂ）に示すように、ＰＩＮダイオード３３２とＰＩＮダイオード３３２の両端に接続される制御線３３３とを備える。ＰＩＮダイオード３３２は、ダイオードの順方向に流れる直流電流の値が一定値以上で概ね導通状態となる特性を持ち、直流電流によりオン／オフを制御される。
【０１３１】
また、ＰＩＮダイオード３３２の両端には、制御線３３３が接続される。ＰＩＮダイオード３３２は、制御線３３３および高周波信号を電気的に絶縁するチョークコイル３３４を介して、磁気結合防止回路駆動装置３０８の出力端子に接続される。磁気結合防止回路３３１のＰＩＮダイオード３３２のオン／オフは、磁気結合防止回路駆動装置３０８からの制御電流３３５により制御される。磁気結合防止回路３３１は、このオン／オフ制御により、高周波磁場を照射するときには、送信コイル３０５を動作可能状態とし、高周波信号を受信するときには、送信コイル３０５を高インピーダンス化して動作不能状態とし、受信コイル３０６との干渉を防止する。本動作の詳細については後述する。
【０１３２】
次に、図２４に、本実施形態の受信コイル３０６として用いる表面コイル６０１を示す。図２４（ａ）は、表面コイル６０１の構成を説明するための図であり、図２４（ｂ）は、表面コイル６０１に挿入される磁気結合防止回路６１４の詳細と磁気結合防止回路駆動装置３０８との接続関係を説明するための図である。
【０１３３】
表面コイル６０１は、ループ導体６１１、キャパシタ６１２、マッチング用キャパシタ６１３、磁気結合防止回路６１４およびコモンモードノイズを除去するバラン６１５を備える。キャパシタ６１２とマッチング用キャパシタ６１３と磁気結合防止回路６１４とはループ導体６１１に挿入され、マッチング用キャパシタ６１３の両端に配線が設けられ、バラン６１５に接続される。バラン６１５の出力は、後述する図２５に示すプリアンプ４０２に接続される。
【０１３４】
磁気結合防止回路６１４は、図２４（ｂ）に示すように、インダクタ６２１とＰＩＮダイオード６２２とが直列接続された回路と、その回路に並列に接続されたキャパシタ６２３とを備える。ＰＩＮダイオード６２２は、ダイオードの順方向に流れる直流電流の値が一定値以上で概ね導通状態となる特性を持ち、直流電流によりオン／オフが制御される。また、ＰＩＮダイオード６２２の両端は、チョークコイル６２４を介して、磁気結合防止回路駆動装置３０８の出力端子に接続される。
【０１３５】
ＰＩＮダイオード６２２は、磁気結合防止回路駆動装置３０８からの制御電流３３５によりオン／オフ制御される。磁気結合防止回路６１４は、このオン／オフ制御により、高周波信号受信時には、表面コイル６０１を受信コイル３０６として機能させ、高周波磁場送信時には、表面コイル６０１を高インピーダンス化し、送信コイル３０５との干渉を防止する。本動作の詳細については後述する。
【０１３６】
キャパシタ６１２とキャパシタ６２３とマッチング用キャパシタ６１３とは、表面コイル６０１が、本実施形態のＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振し、マッチング用キャパシタ６１３の両端から見たコイルのインピーダンスが所定の値となるように調整される。また、磁気結合防止回路６１４は、ＰＩＮダイオード６２２がオンの場合に、インダクタ６２１とキャパシタ６２３とがＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振するように調整される。
【０１３７】
次に、上述の送信コイル３０５と受信コイル３０６との位置関係、および、高周波信号分配器３１７、送信器３０３、および受信器３０４との接続関係を図２５を用いて説明する。ここでは、受信コイル３０６として図２４に示す表面コイル６０１を用いる場合を例にあげて説明する。
【０１３８】
図２５に示すように、送信器３０３の出力は、高周波信号分配器３１７に接続される。高周波信号分配器３１７は、ＱＤハイブリッド３４１と、１つの高周波信号を信号波形の位相差が１８０度の２つの高周波信号に分配する０−１８０度分配回路（第一０−１８０度分配回路３６３、第二０−１８０度分配回路３６４）と、を備える。
【０１３９】
なお、本実施形態においても、第一０−１８０度分配回路３６３および第二０−１８０度分配回路３６４と、各給電点との間には、コモンモードノイズを除去するバラン３４５を備える。しかし、図を見やすくするため、図２５では、バラン３４５と、バラン６１５と、送信コイル３０５および表面コイル６０１に配置されている磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と、磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と磁気結合防止回路駆動装置３０８との接続とは省略する。
【０１４０】
送信器３０３は、ＱＤハイブリッド３４１に接続され、ＱＤハイブリッド３４１の２つの出力は、第一０−１８０度分配回路３６３と第二０−１８０度分配回路３６４との入力にそれぞれ接続される。第一０−１８０度分配回路３６３の２つの出力は、送信コイル３０５の第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ接続され、第二０−１８０度分配回路３６４の２つの出力は、第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ接続される。
【０１４１】
一方、表面コイル６０１は、送信コイル３０５の内部に位置する被検体１０の近傍に配置される。表面コイル６０１の出力は、プリアンプ４０２に接続され、プリアンプの出力は受信器３０４に接続される。
【０１４２】
次に、図２２から図２５を用いて、シーケンサ４０１からの指示に従って、送信器３０３が高周波信号を印加し、磁気結合防止回路３０８が磁気結合防止信号の印加を制御することにより、送信コイル３０５が被検体１０に周波磁場を照射するコイルとして動作し、表面コイル６０１が受信コイル３０６として動作することを説明する。
【０１４３】
送信器３０３から高周波信号が印加される直前に、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、送信コイル３０５および表面コイル６０１に磁気結合防止信号を印加する。ここでは、磁気結合防止信号として、ＰＩＮダイオード３３２および６２２がオンとなるような直流の制御電流３３５を印加する。送信コイル３０５では、ＰＩＮダイオード３３２に流れる制御電流３３５により全てのＰＩＮダイオード３３２はオンとなる。送信コイル３０５のＰＩＮダイオード３３２が全てオンの場合、ＰＩＮダイオード３３２が導通状態となるため、送信コイル３０５は、図３に示す送受信コイル３０１−１と同様の電気特性を示す。
【０１４４】
一方、表面コイル６０１では、制御電流３３５によりＰＩＮダイオード６２２がオンとなり、磁気結合防止回路６１４は、インダクタ６２１とキャパシタ６２３とで構成される並列共振回路となる。この並列共振回路は、ＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で高インピーダンスとなり、表面コイル６０１のループ導体６１１は概ね開放状態となる。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、ループ導体６１１にはほとんど電流が流れない。
【０１４５】
従って、磁気結合防止信号により、送信コイル３０５と表面コイル６０１とは、互いに磁気結合が生じない状態とされる。この状態で、送信コイル３０５は、磁気結合に起因する共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、高周波磁場を被検体１０に照射できる。
【０１４６】
磁気結合防止回路駆動装置３０８による制御電流３３５の印加後、送信器３０３によって高周波信号が印加される。この高周波信号は、図２５に示すように、ＱＤハイブリッド３４１に送られ、互いの位相差が９０度となるように２つに分配される。分配された高周波信号は、第一０−１８０度分配回路３６３と第二０−１８０度分配回路３６４とに位それぞれ入力される。第一０−１８０度分配回路３６３は、入力された高周波信号を、互いの位相差が１８０度となるように２つに分配する。分配された信号は第一給電点３１５Ａと第二給電点３１５Ｂとにそれぞれ入力される。一方、第二０−１８０度分配回路３６４も同様に、入力された高周波信号を、互いの位相差が１８０度となるように２つに分配する。分配された信号は第三給電点３２５Ａと第四給電点３２５Ｂとにそれぞれ入力される。
【０１４７】
上述のように、ＰＩＮダイオード３３２が全てオンの場合、送信コイル３０５は、送受信コイル３０１−１と同様に動作する。従って、第一の実施形態と同様に、上記信号を受け取った送信コイル３０５は、ＱＤ方式と同様の方法で被検体１０に高周波磁場を照射する。
【０１４８】
高周波磁場の照射後、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信するため、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、送信コイル３０５および表面コイル６０１への磁気結合防止信号の印加を停止する。すなわち、送信コイル３０５および表面コイル６０１のＰＩＮダイオード３３２およびダイオード６２２がオフとなるよう、制御電流３３５の値を０にする。送信コイル３０５のＰＩＮダイオード３３２がオフになると、第一導体３１１および第三導体３２１は概ね開放状態となる。その結果、送信コイル３０５の導体にはほとんど電流が流れない。従って、送信コイル３０５は、ＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、磁界もほとんど発生しない。一方、表面コイル６０１では、ダイオード６２２はオフとなり、磁気結合防止回路６１４はキャパシタ６２３として動作する。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振する。
【０１４９】
従って、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信する際、表面コイル６０１と送信コイル３０５との磁気結合が無くなり、表面コイル６０１は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。なお、表面コイル６０１で受信した信号は、プリアンプ４０２で増幅され、受信器３０４に送られる。
【０１５０】
以上説明したように、図２３に示す送信コイル３０５は、ＱＤ方式と同様の方法で高周波磁場を照射するコイルとして動作し、図２４に示す表面コイル６０１は受信コイル３０６として動作する。
【０１５１】
上述したように、本実施形態によれば、高周波磁場印加時に表面コイル６０１（受信コイル３０６）を高インピーダンス化し、磁気共鳴信号の受信時に送信コイル３０５を高インピーダンス化することにより、磁気共鳴周波数で共振する送信コイル３０５と受信コイル３０６との磁気結合を防止することができる。そして、送信コイル３０５は、第一の実施形態の送受信コイル３０１−１と同様の照射を行うことができる。
【０１５２】
従って、本実施形態によれば、送信コイル３０５と受信コイル３０６とを別個に備える場合であっても、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上述のように、送信コイル３０５の形状と受信コイル３０６の形状とが異なる場合であっても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５３】
さらに、本実施形態によれば、送信コイル３０５の形状および受信コイル３０６の形状を独立に選択することが可能となる。例えば、上記実施形態で説明したように、被検体１０の入る検査空間が広がり、かつ、均一な高周波磁場を照射可能な送信コイル３０５を用い、また、被検体１０の近くに配置でき、磁気共鳴信号を高感度に受信することができる表面コイル６０１を受信コイル３０６として用いることができる。従って、本実施形態によれば、被検体１０に開放感を与えるとともに、個々の被検体１０に最適化した磁気共鳴画像の撮像が可能となる。
【０１５４】
なお、送信コイル３０５の形状は上記態様に限られない。磁気結合防止回路３３１が配置でき、受信コイル３０６と干渉しないように制御可能なコイルであればよい。例えば、送受信コイル３０１−３のように第一導体３１１に第三キャパシタ３１４を備えるものであってもよい。また、送受信コイル３０１−４のように、ＲＦシールド３９０と第一導体３１１、第二導体３１２、および第三導体３２１が配置される曲面３１が、座標２０のｘ軸方向に長軸を持つ楕円筒等の他の曲面であってもよい。さらに、対称面２２がｘ軸と平行に配置されてもよい。
【０１５５】
また、受信コイル３０６の形状も上記態様に限られない。受信コイル３０６に磁気結合防止回路６１４が配置され、送信コイル３０５と干渉しないように制御されるコイルであればよい。例えば、表面コイル６０１をアレイ状に構成したアレイコイルやバードケージ型コイルであってもよい。
【０１５６】
さらに、送信コイル３０５では、磁気結合防止回路３３１にＰＩＮダイオード３３２を用いているが、これに限られない。例えば、ＰＩＮダイオード３３２の代わりに、図２３（ｃ）に示すクロスダイオード３３６を用いてもよい。クロスダイオード３３６は、送信コイル３０５に印加される高周波信号によりオンとなり導通状態となり、高周波信号の印加の停止とともにオフとなり高抵抗の状態となる。この動作はＰＩＮダイオード３３２の動作と同じである。クロスダイオード３３６を用いることで、磁気結合防止回路駆動装置３０８による制御を行わなくとも、送信コイル３０５は、表面コイル６０１と磁気結合を生じることなく、送信コイル３０５として動作する。
【０１５７】
また、第一キャパシタ３１３および第二キャパシタ３２３の中の１のキャパシタの代わりに磁気結合防止回路を備えるよう構成してもよい。この場合、第一導体３１１および第三導体３２１上に磁気結合防止回路３３１は備えない。この場合の送信コイル３０５−１を図２６に示す。図２６（ａ）は、送信コイル３０５−１を、座標２０のｚ軸から斜め横の方向から見た図であり、図２６（ｂ）および（ｃ）は、第一キャパシタ３１３の代わりに挿入される磁気結合防止回路３５１および第二キャパシタ３２３の代わりに挿入される磁気結合防止回路３５３の一例である。
【０１５８】
磁気結合防止回路３５１は、図２６（ｂ）に示すように、インダクタ３５２とＰＩＮダイオード３３２とが直列接続された回路と、その回路に並列に接続された第一キャパシタ３１３とを備える。ＰＩＮダイオード３３２は、ダイオードの順方向に流れる直流電流の値が一定値以上で概ね導通状態となる特性を持ち、直流電流によりオン／オフ制御される。また、ＰＩＮダイオード３３２の両端は、チョークコイル３３４を介して、磁気結合防止回路駆動装置３０８の出力端子に接続される。
【０１５９】
また、磁気結合防止回路３５３は、図２６（ｃ）に示すように、インダクタ３５４とＰＩＮダイオード３３２とが直列接続された回路と、その回路に並列に接続された第二キャパシタ３２３とを備える。ＰＩＮダイオード３３２は、ダイオードの順方向に流れる直流電流の値が一定値以上で概ね導通状態となる特性を持ち、直流電流によりオン／オフ制御される。また、ＰＩＮダイオード３３２の両端は、チョークコイル３３４を介して、磁気結合防止回路駆動装置３０８の出力端子に接続される。
【０１６０】
磁気結合防止回路３５１は、ＰＩＮダイオード３３２がオンの場合に開放状態となり、オフの場合に第一キャパシタ３１３として動作する。また、磁気結合防止回路３５３は、ＰＩＮダイオード３３２がオンの場合に開放状態となり、オフの場合に第二キャパシタ３２３として動作する。よって、送信コイル３０５−１は、ＰＩＮダイオード３３２をオフにすれば、送信コイル３０５と同様の電気特性を示す。
【０１６１】
そこで、送信器３０３より高周波磁場を照射するための高周波信号を印加する直前に、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、磁気結合防止回路３５１および磁気結合防止回路３５３のＰＩＮダイオード３３２がオフとなるように制御電流３３５の値を０にする。これにより、高周波磁場の照射時に送信コイル３０５−１は、送信コイル３０５として動作する。
【０１６２】
また、高周波磁場を照射後、磁気結合防止回路駆動装置３０８から、磁気結合防止回路３５１および磁気結合防止回路３５３に、ＰＩＮダイオード３３２がオンとなるように制御電流３３５を流す。これにより、第二導体３１２と第三導体３２１とは概ね開放状態となり、送信コイル３０５−１は、ＭＲＩ装置１００−５で設定されている磁気共鳴周波数で共振しなくなる。よって、表面コイル６０１と送信コイル３０５−１との磁気結合が無くなり、表面コイル６０１は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。
【０１６３】
なお、図２６では、第一ＲＦコイル３１０および第二ＲＦコイル３２０に配置される磁気結合防止回路３３１を、ともに磁気結合防止回路３５１および磁気結合防止回路３５３にそれぞれ変更する場合を例にあげて説明したが、変更はこれに限られない。第一ＲＦコイル３１０の磁気結合防止回路３３１のみ磁気結合防止回路３５１に変更し、磁気結合防止回路３５１に流す制御電流３３５の有無を、磁気結合防止回路３３１に流す場合と反転させてもよい。また、第二ＲＦコイル３２０の磁気結合防止回路３３１のみを磁気結合防止回路３５３に変更し、磁気結合防止回路３５３に流す制御電流３３５の有無を、磁気結合防止回路３３１に流す場合と反転させてもよい。このとき、送信コイル３０５−１が送信コイル３０５として動作するとともに、表面コイル６０１と磁気結合を生じないように、高周波磁場を照射前および照射後の制御電流３３５の有無を調整する。
【０１６４】
以上説明したように、送信コイル３０５−１は、２種類の磁気結合防止回路を使用する。従って、送信コイル３０５−１によれば、これらの磁気結合防止回路を使い分けることで、設計の自由度を広げることができる。
【０１６５】
＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第四の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第三の実施形態と同様である。ただし、本実施形態のＭＲＩ装置は、２つの送信器を備え、第一ＲＦコイルと第二ＲＦコイルとに別個に高周波磁場を供給する。また、それに伴い、ＲＦ分配器の構成も異なる。以下、第三の実施形態と異なる構成を中心に説明する。なお、本実施形態においても、座標２０のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場９００の向きは同じとする。
【０１６６】
図２７は、本実施形態のＭＲＩ装置１００−７の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のＭＲＩ装置１００−７は、上述のように基本的に第三の実施形態のＭＲＩ装置１００−５と同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、２つの送信器（第一送信器３０３Ａおよび第二送信器３０３Ｂ）を備える。高周波信号分配器３１７−１は、第一および第二送信器３０３Ａ、３０３Ｂにそれぞれに接続される。第一および第二送信器３０３Ａ、３０３Ｂはシーケンサ４０１に接続される。第一および第二送信器３０３Ａ、３０３Ｂは、シーケンサ４０１からの命令により、それぞれ独立に、所定の位相と振幅を持った高周波信号を、高周波信号分配器３１７−１を介して送信コイルに３０５に送る。なお、送信コイル３０５と高周波信号分配器３１７−１とにより構成される部分をＲＦコイルユニット３００−７と呼ぶこととする。
【０１６７】
図２８に、本実施形態で送信コイル３０５として用いる送信コイル３０５−２を示す。図２８（ａ）は、送信コイル３０５−２を座標２０のｚ軸から斜め横の方向からみた図であり、図２８（ｂ）は、送信コイル３０５−２を座標２０のｚ軸方向からみた図である。
【０１６８】
ここでは、一例として、送受信コイル３０１−４と同様に、ＲＦシールドが楕円筒状のものを例にあげて説明する。送信コイル３０５−２は、送受信コイル３０１−４と基本的に同様の構成を有する。ただし、送信コイル３０５と同様に、第一導体３１１および第三導体３２１上にそれぞれ磁気結合防止回路３３１を備える。なお、磁気結合防止回路３３１は図２３（ｂ）に示すものを用いる。その動作は第三の実施形態で説明したとおりである。すなわち、磁気結合防止回路駆動装置３０８からの制御電流３３５により磁気結合防止回路３３１のＰＩＮダイオード３３２をオン／オフ制御することで、高周波磁場を照射するときには、送信コイル３０５−２を動作可能状態とし、高周波信号を受信するときには、送信コイル３０５−２を高インピーダンス化して動作できない状態とし、受信コイル３０６との干渉を防止する。
【０１６９】
次に、本実施形態の高周波信号分配器３１７−１の構成と、送信コイル３０５−２、第一送信器３０３Ａ、第二送信器３０３Ｂ、受信コイル３０６、および受信器３０４の接続関係とを図２９を用いて説明する。ここでは受信コイル３０６として表面コイル６０１を用いる場合を例にあげて説明する。
【０１７０】
図２９に示すように、送信器３０３Ａおよび送信器３０３Ｂの出力は、高周波信号分配器３１７−１に接続される。高周波信号分配器３１７−１は、第一０−１８０度分配回路３６３と第二０−１８０度分配回路３６４を備える。
【０１７１】
なお、本実施形態においても、第一０−１８０度分配回路３６３および第二０−１８０度分配回路３６４と、各給電点との間には、コモンモードノイズを除去するバラン３４５を備える。また、表面コイル６０１とプリアンプとの間にはバラン６１５を備える。しかし、図を見やすくするため、図２９では、バラン３４５と、バラン６１５と、送信コイル３０５−２および表面コイル６０１に配置されている磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と、磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と磁気結合防止回路駆動装置３０８との接続とは省略する。
【０１７２】
第一送信器３０３Ａは、第一０−１８０度分配回路３６３に接続され、第一０−１８０度分配回路３６３の２つの出力は、送信コイル３０５−２の第一給電点３１５Ａおよび第二給電点３１５Ｂにそれぞれ接続される。また、第二送信器３０３Ｂは、第二０−１８０度分配回路３６４に接続され、第二０−１８０度分配回路３６４の２つの出力は、第三給電点３２５Ａおよび第四給電点３２５Ｂにそれぞれ接続される。
【０１７３】
表面コイル６０１は、送信コイル３０５−２の内部に位置する被検体１０の近傍に配置される。表面コイル６０１の出力は、プリアンプ４０２に接続され、プリアンプの出力は受信器３０４に接続される。
【０１７４】
なお、第一送信器３０３Ａから送られる第一高周波信号と第二送信器３０３Ｂから送られる第二高周波信号とは、基準周波数は同一とする。しかし、両信号の位相と振幅とはそれぞれ独立にシーケンサ４０１により定められる。
【０１７５】
第一高周波信号と第二高周波信号との振幅比および位相差は、後述する第一ＲＦコイル３１０により送信コイル３０５−２の中心部に生成される第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二ＲＦコイル３２０により生成される第二高周波磁場Ｂｘ８４０との大きさの比および位相差にそれぞれ一致する。従って、送信コイル３０５−２の中心部に生成させたい高周波磁場に応じて、第一高周波信号と第二高周波信号との振幅比および位相差は、予め決定される。
【０１７６】
例えば、ＱＤ照射方式と同様に円偏波となる高周波磁場を被検体１０に照射する場合は、第一高周波信号と第二高周波信号との振幅を同一とし、互いの位相差を９０度とすればよい。また、この状態から第一高周波信号と第二高周波信号の振幅比と位相差とを変化させると、送信コイル３０５−２が被検体１０に照射する高周波磁場は楕円偏波となる。
【０１７７】
次に、シーケンサ４０１からの指示に従って、送信器３０３Ａおよび送信器３０３Ｂが高周波信号を印加し、磁気結合防止回路３０８が磁気結合防止信号の印加を制御することにより、送信コイル３０５−２が被検体１０に高周波磁場を照射するコイルとして動作し、表面コイル６０１が受信コイル３０６として動作することを説明する。
【０１７８】
第一および第二送信器３０３Ａ、３０３Ｂより高周波信号を印加する直前に、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、送信コイル３０５−２および表面コイル６０１に磁気結合防止信号を印加し、ＰＩＮダイオード３３２および６２２がオンとなるように直流の制御電流３３５を印加する。
【０１７９】
これにより、送信コイル３０５−２では、ＰＩＮダイオード３３２に流れる制御電流３３５により全てのＰＩＮダイオード３３２はオンとなる。送信コイル３０５−２のＰＩＮダイオード３３２が全てオンの場合、ＰＩＮダイオード３３２は導通状態となる。従って、送信コイル３０５−２は、送受信コイル３０１−４と同様の電気特性を示す。
【０１８０】
一方、表面コイル６０１では、制御電流３３５によりＰＩＮダイオード６２２がオンとなり、磁気結合防止回路６１４は、インダクタ６２１とキャパシタ６２３とで構成される並列共振回路となる。この並列共振回路は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で高インピーダンスとなるため、表面コイル６０１のループ導体６１１は概ね開放状態となる。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、ループ導体６１１にはほとんど電流が流れない。
【０１８１】
従って、磁気結合防止信号により、送信コイル３０５−２と表面コイル６０１とは、互いに磁気結合が生じない状態とされる。この状態で、送信コイル３０５−２は、磁気結合に起因する共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、高周波磁場を被検体１０に照射できる。
【０１８２】
磁気結合防止回路駆動装置３０８による制御電流３３５の印加後、第一送信器３０３Ａおよび第二送信器３０３Ｂにより、それぞれ基準周波数が同一の高周波信号が印加される。第一高周波信号は、第一０−１８０度分配回路３６３に入力され、振幅が同一で互いの位相差が１８０度となる２つの信号に分配され、第一給電点３１５Ａおよび第二給電点３１５Ｂにそれぞれ入力される。また、第二高周波信号は、第二０−１８０度分配回路３６４に入力され、振幅が同一で互いの位相差が１８０度となる２つの信号に分配され、第三給電点３２５Ａおよび第四給電点３２５Ｂそれぞれ入力される。
【０１８３】
送信コイル３０５−２は、ＰＩＮダイオード３３２が全てオンの場合、送受信コイル３０１−４と同様に動作する。従って、この場合、図２１に示すように、２つの第一ＲＦコイル３１０によって、送信コイル３０５−２の中心部に座標２０のｙ軸に平行な向きに振動する第一高周波磁場Ｂｙ８３０が発生し、２つの第二ＲＦコイル３２０によって、座標２０のｘ軸に平行な向きに振動する第二高周波磁場Ｂｘ８４０が発生する。このとき、第一高周波磁場Ｂｙ８３０と第二高周波磁場Ｂｘ８４０の振幅が等しく、位相差が９０度の場合、両者の合成磁場は円偏波となり、それ以外の場合は、楕円偏波または直線偏波となる。従って、ＰＩＮダイオード３３２および６２２が全てオンの場合、送信コイル３０５−２は、ＱＤ照射方式と同様の方法による円偏波の高周波磁場に加えて、楕円偏波及び直線偏波の高周波磁場を被検体１０に照射する。
【０１８４】
高周波磁場を照射した後、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信するため、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、送信コイル３０５−２および表面コイル６０１のダイオード６２２がオフとなるように制御電流３３５の値を０にする。送信コイル３０５−２のＰＩＮダイオード３３２がオフになると、第一導体３１１および第三導体３２１は概ね開放状態となる。その結果、送信コイル３０５−２の導体にほとんど電流が流れないため、送信コイル３０５−２は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、磁界もほとんど発生しない。一方、表面コイル６０１では、ダイオード６２２はオフとなり、磁気結合防止回路６１４はキャパシタ６２３として動作する。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振する。
【０１８５】
従って、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信する際、表面コイル６０１と送信コイル３０５−２との磁気結合が無くなり、表面コイル６０１は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。なお、表面コイル６０１で受信した信号は、プリアンプ４０２で増幅され、受信器３０４に送られる。
【０１８６】
以上から、送信コイル３０５−２は、供給する２つの高周波磁場の振幅比および位相差を調整することにより、ＱＤ照射方式と同様の円偏波の高周波磁場および楕円偏波・直線偏波の高周波磁場を照射する送信コイル３０５として動作し、表面コイル６０１は受信コイル３０６として動作する。
【０１８７】
上述したように、本実施形態によれば、送信コイル３０５は、ＱＤ方式と同様の高周波磁場に加え、楕円偏波・直線偏波の高周波磁場を照射することができる。また、シーケンサ４０１からの指示により、送信器３０３Ａおよび送信器３０３Ｂにおいて生成する高周波磁場の振幅および位相を独立に制御することができる。従って、本実施形態によれば、送信コイル３０５から照射する高周波磁場の楕円偏波の軸比（楕円偏波における長軸と短軸の比）を制御することができる。
【０１８８】
例えば、図２８（ｂ）に示すように、被検体１０が、座標２０のｘ軸方向とｙ軸方向との長さが大きく異なる断面形状を有する場合、ＱＤ方式による円偏波の高周波磁場照射よりも被検体１０の形状に応じて楕円偏波の軸比を調整した楕円偏波の高周波磁場を照射する方が照射分布の均一性が向上することが知られている。従って、本実施形態によれば、被検体１０の形状がこのような場合は、軸比を調整した楕円偏波の高周波磁場を照射するよう制御することにより、磁場分布に関し、より高い均一性を得ることができる。
【０１８９】
すなわち、本実施形態によれば、被検体１０の形状といった撮影条件によらず、磁場分布に関し、高い均一度を得ることができる。
【０１９０】
なお、上記実施形態では、送信コイル３０５−２は楕円筒形状である場合を例にあげて説明したが、送信コイル３０５−２の形状はこれに限られない。上記他の実施形態で紹介した各種の形状が可能である。また、キャパシタの配置、磁気結合防止回路の構成等についても同様である。
【０１９１】
＜＜第五の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第五の実施形態について説明する。本実施形態では、高周波信号分配器内にスイッチを設け、ＲＦコイルユニット内の送信コイルの全てを用いる場合と、空間を介して対向して配置される片側のみの送信コイルを用いる場合とを切換可能とする。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第四の実施形態と同様であるが、高周波信号分配器３１７の構成が異なる。以下、第四の実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。なお、本実施形態においても、座標２０のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場９００の向きは同じとする。
【０１９２】
本実施形態における、高周波信号分配器３１７−２の構成と、送信コイル３０５、第一送信器３０３Ａ、第二送信器３０３Ｂ、受信コイル３０６、および受信器３０４の接続関係と、を図３０を用いて説明する。ここでは送信コイル３０５として、図２８に示す送信コイル３０５−２を、受信コイル３０６として図２４に示す表面コイル６０１を用いる場合を例にあげて説明する。
【０１９３】
図３０に示すように、高周波信号分配器３１７−２は、高周波信号の出力先を切り換えるＲＦスイッチ（第一ＲＦスイッチ３４６および第二ＲＦスイッチ３４７）と、０−１８０度分配回路（第一０−１８０度分配回路３６３および第二０−１８０度分配回路３６４）と、２つの高周波信号を加算するＲＦ合成器（第一ＲＦ合成器３４８と第二ＲＦ合成器３４９）とを備える。
【０１９４】
なお、本実施形態においても、第一０−１８０度分配回路３６３および第二０−１８０度分配回路３６４と、各給電点との間には、コモンモードノイズを除去するバラン３４５を備える。また、表面コイル６０１とプリアンプとの間にはバラン６１５を備える。しかし、図を見やすくするため、図３０では、バラン３４５と、バラン６１５と、送信コイル３０５−２および表面コイル６０１に配置されている磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と、磁気結合防止回路３３１および磁気結合防止回路６１４と磁気結合防止回路駆動装置３０８との接続とは省略する。
【０１９５】
また、以下、送信コイル３０５−２の中で、第一ＲＦコイル３１０Ａおよび第二ＲＦコイル３２０Ａからなる部分を第一送信コイル３０５−２Ａ、第一ＲＦコイル３１０Ｂおよび第二ＲＦコイル３２０Ｂからなる部分を第二送信コイル３０５−２Ｂと呼ぶ。以下、本実施形態では、第二送信コイル３０５−２Ｂのみを送信コイル３０５として用いる場合と、送信コイル３０５−２全体を用いる場合とを切換可能な構成を例にあげて説明する。
【０１９６】
第一送信器３０３Ａは、第一ＲＦスイッチ３４６に接続される。第一ＲＦスイッチ３４６の一方の出力は、第一０−１８０度分配回路３６３に接続され、他方の出力は第一ＲＦ合成器３４８に接続される。第一０−１８０度分配回路３６３の一方の出力は、第一送信コイル３０５−２Ａの第一給電点３１５Ａに接続され、他方の出力は、第一ＲＦ合成器３４８に接続される。第一ＲＦ合成器３４８の出力は、第二送信コイル３０５−２Ｂの第二給電点３１５Ｂに接続される。
【０１９７】
また、第二送信器３０３Ｂは、第二ＲＦスイッチ３４７に接続される。第二ＲＦスイッチ３４７の一方の出力は、第二０−１８０度分配回路３６４に接続され、他方の出力は第二ＲＦ合成器３４９に接続される。第二０−１８０度分配回路３６４の一方の出力は、第一送信コイル３０５−２Ａの第三給電点３２５Ａに接続され、他方の出力は、第二ＲＦ合成器３４９に接続される。第二ＲＦ合成器３４９の出力は、第二送信コイル３０５−２Ｂの第四給電点３２５Ｂに接続される。
【０１９８】
表面コイル６０１は、送信コイル３０５−２の内部に位置する被検体１０の近傍に配置される。表面コイル６０１の出力は、プリアンプ４０２に接続され、プリアンプの出力は受信器３０４に接続される。
【０１９９】
なお、第一ＲＦスイッチ３４６および第二ＲＦスイッチ３４７は、シーケンサ４０１からの制御信号により、出力を切り替える。本実施形態では、送信コイル３０５−２全体を送信コイル３０５として用いる場合は、第一ＲＦスイッチ３４６の出力を第一０−１８０度分配回路３６３とし、第二ＲＦスイッチ３４７の出力を第二０−１８０度分配回路３６４とするよう制御信号が出力される。一方、第二送信コイル３０５−２Ｂのみを送信コイル３０５として用いる場合は、第一ＲＦスイッチ３４６の出力を第一ＲＦ合成器３４８とし、第二ＲＦスイッチ３４７の出力を第二ＲＦ合成器３４９とするよう制御信号が出力される。なお、シーケンサ４０１は、予め定められたプログラムに従って、または、ユーザからの指示に従って、計算機５０１から、切り替えの指示を受け取る。
【０２００】
次に、第一ＲＦスイッチ３４６の出力を第一ＲＦ合成器３４８とし、第二ＲＦコイルスイッチ３４７の出力を第二ＲＦ合成器３４９とするよう制御信号が出力される場合、第二送信コイル３０５−２Ｂがのみを送信コイル３０５として動作し、表面コイル６０１を受信コイル３０６として動作することを説明する。
【０２０１】
まず、第一および第二送信器３０３Ａ、３０３Ｂより高周波信号を印加する直前に、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、シーケンサ４０１からの指示に従って、第二送信コイル３０５−２Ｂおよび表面コイル６０１のＰＩＮダイオード３３２、６２２がオンとなるよう直流の制御電流３３５を印加し、第一送信コイル３０５−２ＡのＰＩＮダイオード３３２がオフとなるように制御電流３３５の値を０にする。
【０２０２】
これにより、第二送信コイル３０５−２Ｂでは、ダイオード３３２に流れる制御電流３３５により全てのダイオード３３２はオンとなる。第二送信コイル３０５−２ＢのＰＩＮダイオード３３２が全てオンの場合、ＰＩＮダイオード３３２は導通状態となる。一方、第一送信コイル３０５−２Ａでは、全てのダイオード３３２がオフとなるため、第一導体３１１および第三導体３２１は高抵抗状態となり電流が流れず、コイルとして動作しなくなる。
【０２０３】
一方、表面コイル６０１では、制御電流３３５によりＰＩＮダイオード６２２がオンとなり、磁気結合防止回路６１４は、インダクタ６２１とキャパシタ６２３とで構成される並列共振回路となる。この並列共振回路は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で高インピーダンスとなり、表面コイル６０１のループ導体６１１は概ね開放状態となる。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、ループ導体６１１にはほとんど電流が流れない。
【０２０４】
表面コイル６０１にほとんど電流が流れないため、第二送信コイル３０５−２Ｂと表面コイル６０１との磁気結合は生じない。従って、第二送信コイル３０５−２Ｂは、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、高周波磁場を被検体１０に照射できる。
【０２０５】
また、シーケンサ４０１は、高周波信号を印加する直前に、第一ＲＦスイッチ３４６および第二ＲＦスイッチ３４７に対し、各出力がそれぞれ第一ＲＦ合成器３４８および第二ＲＦ合成器３４９とする制御信号を印加する。
【０２０６】
その後、第一送信器３０３Ａおよび第二送信器３０３Ｂにより高周波信号が印加される。このとき、第一送信器３０３Ａから送られる第一高周波信号と、第二送信器３０３Ｂから送られる第二高周波信号とは、基準周波数は同一とする。一方、両高周波信号の位相と振幅とは、第四の実施形態と同様、シーケンサ４０１の命令によって、それぞれ独立に決められる。
【０２０７】
第一高周波信号は、第一ＲＦスイッチ３４６を介して第一ＲＦ合成器３４８に送られる。また、第二高周波信号は、第二ＲＦスイッチ３４７を介して第二ＲＦ合成器３４９に送られる。このとき、第一ＲＦ合成器３４８に第一０−１８０度分配回路３６３から入力される高周波信号の強度は０であるため、第一ＲＦ合成器３４８に入力された第一高周波信号はそのまま第二給電点３１５Ｂに印加される。また、第二ＲＦ合成器３４９に第二０−１８０度分配回路３６４から入力される高周波信号の強度は０であるため、第二ＲＦ合成器３４９に入力された第二高周波信号はそのまま第四給電点３２５Ｂに印加される。なお、このとき、第一給電点３１５Ａおよび第三給電点３２５Ａには高周波信号は印加されない。
【０２０８】
第二給電点３１５Ｂおよび第四給電点３２５Ｂに高周波信号が印加された場合の第二送信コイル３０５−２Ｂの動作を図３１および図３２を用いて説明する。図３１（ａ）は第二送信コイル３０５−２Ｂの第一ＲＦコイル３１０Ｂに流れる電流の模式図であり、図３１（ｂ）は、第二送信コイル３０５−２Ｂの第一ＲＦコイル３１０Ｂが発生する磁場の向きを示す。また、図３２（ａ）は第二送信コイル３０５−２Ｂの第二ＲＦコイル３２０Ｂに流れる電流の模式図であり、図３２（ｂ）は、第二送信コイル３０５−２Ｂの第二ＲＦコイル３２０Ｂが発生する磁場の向きを示す。なお、分かりやすくするために、図３１では第二ＲＦコイル３２０を省略し、図３２では第一ＲＦコイル３１０を省略する。
【０２０９】
第二給電点３１５Ｂに高周波信号が印加されると、第二送信コイル３０５−２Ｂの第一ＲＦコイル３１０Ｂには、図３１（ａ）に示すような高周波電流８１０が流れる。すなわち、第一導体３１１上では、第二給電点３１５Ｂを挟んで反対向きに電流が流れ、その大きさは、第二給電点３１５Ｂから離れるに従って増加する。また、第二導体３１２上では、一方向に電流が流れ、その大きさは第二給電点３１５Ｂから第二導体３１２の両端に向かって減少する。
【０２１０】
なお、図３１（ａ）では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。図３１（ａ）に示す高周波電流８１０によって送信コイル３０５−２の中心部には、ビオ・サバールの法則により、図３１（ｂ）に示すように、座標２０のｙ軸に平行な向きに振動する第一高周波磁場Ｂｙ８３０が発生する。
【０２１１】
一方、第四給電点３２５Ｂに高周波信号が印加されると、第二送信コイル３０５−２Ｂの第二ＲＦコイル３２０Ｂには、図３２（ａ）に示すように、それぞれの半ループ３２７に同方向の高周波電流８１０が流れ、電流の大きさは外側の半ループ３２７になるほど減少する。なお、図３２（ａ）では、高周波電流８１０の振幅の大きさを矢印の太さで、電流が流れる方向を矢印の向きで表す。第二ＲＦコイル３２０Ｂの半ループ３２７は、図３２（ｂ）に示す対称面２２に対して対称に配置されているため、それぞれの半ループ３２７により生じる磁場ベクトルは、座標２０のｙ軸方向に対して対称となる。よって、全ての半ループ３２７により生じる磁場ベクトルを合成した場合、座標２０のｙ方向成分は相殺され、座標２０のｘ軸に平行な向きに第二高周波磁場Ｂｘ８４０が発生する。
【０２１２】
第二送信コイル３０５−２Ｂの第一ＲＦコイル３１０Ｂが発生させる第一高周波磁場Ｂｙ８３０と、第二ＲＦコイル３２０が発生させる第二高周波磁場Ｂｘ８４０とは、その向きが互いに直交する。よって、第一高周波信号と第二高周波信号との振幅を同一とし、互いの位相差を９０度とすると、第二送信コイル３０５−２Ｂは、第四の実施形態と同様に、ＱＤ照射方式と同様に高周波磁場を被検体１０に照射する。また、第一高周波信号と第二高周波信号の振幅比と位相差とを変化させると、第二送信コイル３０５−２Ｂは、楕円偏波となる高周波磁場を被検体１０に照射する。
【０２１３】
高周波磁場を照射した後、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信するため、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、第二送信コイル３０５−２Ｂおよび表面コイル６０１のＰＩＮダイオード３３２がオフとなるように制御電流３３５の値を０に設定する。第一送信コイル３０５−２ＡのＰＩＮダイオード３３２に流れる制御電流３３５の値は０のままとする。
【０２１４】
第二送信コイル３０５−２ＢのＰＩＮダイオード３３２がオフになると、第一導体３１１および第三導体３２１は概ね開放状態となり、第二送信コイル３０５−２Ｂの導体にはほとんど電流が流れない。その結果、第二送信コイル３０５−２Ｂは、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、磁界もほとんど発生しない。一方、表面コイル６０１では、ダイオード３３２はオフとなり、磁気結合防止回路６１４はキャパシタ６２３として動作する。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振する。
【０２１５】
従って、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信する際、表面コイル６０１と送信コイル３０５−２との磁気結合が無くなり、表面コイル６０１は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。なお、表面コイル６０１で受信した信号は、プリアンプ４０２で増幅され、受信器３０４に送られる。
【０２１６】
以上説明したように、送信コイル３０５−２は、第一ＲＦスイッチ３４６の出力を第一ＲＦ合成器３４８とし、第二ＲＦコイルスイッチ３４７の出力を第二ＲＦ合成器３４９とするよう制御信号が出力される場合、第二送信コイル３０５−２Ｂのみが、ＱＤ照射方式と同様の高周波磁場および楕円偏波の高周波磁場を照射する送信コイル３０５として動作する。また、表面コイル６０１は受信コイル１１４として動作する。
【０２１７】
なお、第一ＲＦスイッチ３４６の出力を第一０−１８０度分配回路３６３とし、第二ＲＦスイッチ３４７の出力を第二０−１８０度分配回路３６４とする場合は、第四の実施形態同様の構成となるため、送信コイル３０５−２全体を送信コイル３０５として用いることができる。
【０２１８】
上述したように、本実施形態によれば、高周波信号分配器３１７−２内のスイッチにより出力を制御することにより、送信コイル３０５の第二送信コイル３０５−２Ｂのみが、ＱＤ照射方式と同様の高周波磁場および楕円偏波の高周波磁場を照射するよう制御できる。例えば、図１に示す水平磁場方式のＭＲＩ装置１００において被検体１０（患者）の脊椎を撮影する場合、被検体１０が仰向けに寝た状態で撮影されることが多い。この場合、本実施形態によれば、撮影部位である脊椎に近い第二送信コイル３０５−２Ｂのみを用いて高周波磁場の照射を行うことができ、撮影領域以外の被検体１０への高周波磁場の照射を低減することができる。これにより、撮影領域以外から信号混入による画像アーチファクトの発生を抑えることができるとともに、照射電力を低減し、被検体１０の発熱を抑えることができる。
【０２１９】
なお、本実施形態では、送信コイル３０５−２の第二送信コイル３０５−２Ｂのみを送信コイル３０５として動作させる場合と、送信コイル３０５−２全体を送信コイル３０５として動作させる場合を切り替え可能な場合を例にあげて説明したが、これに限られない。
【０２２０】
高周波信号分配器３１７−２内の配線を、第一給電点３１５Ａと第一０−１８０度分配回路３６３との接続と、第二給電点３１５Ｂと第一ＲＦ合成器３４８との接続とを交互に入れ替え、かつ第三給電点３２５Ａと第二０−１８０度分配回路３６４との接続と、第四給電点３２５Ｂと第二ＲＦ合成器３４９との接続とを交互に入れ替えるよう構成することにより、第一送信コイル３０５−２Ａのみを送信コイル３０５として動作させるものと、全体を送信コイル３０５として動作させるものとの間で切り替え可能なように構成してもよい。
【０２２１】
さらに、高周波信号分配器３１７−２内の配線を、第一送信器３０３Ａと第一ＲＦスイッチ３４６との間に第三ＲＦスイッチを挿入するとともに、第一０−１８０度分配回路３６３と第一給電点３１５Ａとの間に第三ＲＦ合成器を挿入して第三ＲＦスイッチの出力を第三ＲＦ合成器の入力に接続し、第二送信器３０３Ｂと第二ＲＦスイッチ３４７との間に第四ＲＦスイッチを挿入するとともに第二０−１８０度分配回路３６４と第三給電点３２５Ａの間に第四ＲＦ合成器を挿入して第四ＲＦスイッチの出力を第四ＲＦ合成器の入力に接続するよう構成することにより、送信コイル３０５として動作させるものを、送信コイル３０５−２全体と、第一送信コイル３０５−２Ａと、第二送信コイル３０５−２Ｂとの間で、切り替え可能なように構成してもよい。
【０２２２】
本実施形態についても、送信コイルの形状は上記各実施形態で紹介した各種の形状が可能である。また、キャパシタの配置、磁気結合防止回路の構成等についても同様である。
【符号の説明】
【０２２３】
１０：被検体、２０：座標、２１：中心軸、２２：対称面、２３：面、２４：面、３１：曲面、３１−４：曲面、３４：空間、１００：ＭＲＩ装置、１００−５：ＭＲＩ装置、１００−７：ＭＲＩ装置、１０１：水平磁場方式のマグネット、１０２：テーブル、２０１：傾斜磁場コイル、２０２：シムコイル、２０３：傾斜磁場電源、２０４：シム電源、３００：ＲＦコイルユニット、３００−５：ＲＦコイルユニット、３００−７：ＲＦコイルユニット、３０１：送受信コイル、３０１−１：送受信コイル、３０１−２：送受信コイル、３０１−３：送受信コイル、３０１−４：送受信コイル、３０２：送受信切換器、３０３：送信器、３０３Ａ：送信器、３０３Ｂ：送信器、３０４：受信器、３０５：送信コイル、３０５−１：送信コイル、３０５−２：送信コイル、３０５−２Ａ：第一送信コイル、３０５−２Ｂ：第二送信コイル、３０６：受信コイル、３０７：高周波信号分配器・合成器、３０８：磁気結合防止回路駆動装置、３１０：第一ＲＦコイル、３１０Ａ：第一ＲＦコイル、３１０Ｂ：第一ＲＦコイル、３１１：第一導体、３１２：第二導体、３１３：第一キャパシタ、３１４：第三キャパシタ、３１５Ａ：第一給電点、３１５Ｂ：第二給電点、３２５Ａ：第三給電点、３２５Ｂ：第四給電点、３１６：ループ、３１７：高周波信号分配器、３１７−１：高周波信号分配器、３１７−２：高周波信号分配器、３２０：第二ＲＦコイル、３２０Ａ：第二ＲＦコイル、３２０Ｂ：第二ＲＦコイル、３２１：第三導体、３２２：第四導体、３２３：第二キャパシタ、３２６：接続点、３２７：半ループ、３３０：第一ＲＦコイルと第二ＲＦコイルの一部分、３３１：磁気結合防止回路、３３２：ＰＩＮダイオード、３３３：制御線、３３４：チョークコイル、３３５：制御電流、３３６：クロスダイオード、３４１：ＱＤハイブリッド、３４３：第一０−１８０度分配・合成回路、３４４：第二０−１８０度分配・合成回路、３４５：バラン、３４６：第一ＲＦスイッチ、３４７：第二ＲＦスイッチ、３４８：第一ＲＦ合成器、３４９：第二ＲＦ合成器、３５１：磁気結合防止回路、３５２：インダクタ、３５３：磁気結合防止回路、３５４：インダクタ、３６３：第一０−１８０度分配回路、３６４：第二０−１８０度分配回路、３９０：ＲＦシールド、３９０−４：ＲＦシールド、４０１：シーケンサ、４０２：プリアンプ、５０１：計算機、５０２：表示装置、５０３：記憶装置、６０１：表面コイル、６１１：ループ導体、６１２：キャパシタ、６１３：マッチング用キャパシタ、６１４：磁気結合防止回路、６１５：バラン、６２１：インダクタ、６２２：ＰＩＮダイオード、６２３：キャパシタ、６２４：チョークコイル、８１０：高周波電流、８２１：磁束、８２２：磁場ベクトル、８２３：ループ３１６が作る磁場、８２４：半ループ３２７が作る磁場、８３０：第一の高周波磁場、８４０：第二の高周波磁場、９００：静磁場
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月15日(2012.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
【図１】第一の実施形態のＭＲＩ装置の外観を説明するための説明図である。
【図２】第一の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の送受信コイルを説明するための説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルを説明するための説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルを説明するための説明図である。
【図６】（ａ）は、第一の実施形態の送受信コイルを周方向に展開した展開図である。（ｂ）、（ｃ）は、第一ＲＦコイルと第二ＲＦコイルとの位置関係を説明するための説明図である。
【図７】第一の実施形態の送受信コイルと、高周波信号分配・合成器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図８】（ａ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第一の実施形態の第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図９】第一の実施形態の第二ＲＦコイルのインピーダンス特性のグラフである。
【図１０】第一の実施形態の第二ＲＦコイルに流れる電流分布を説明するための説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルの磁場の発生原理を説明するための説明図であり、（ｅ）は、第一の実施形態の第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１２】第一の実施形態の送受信コイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１３】第一の実施形態の送受信コイルと従来のバードケージコイルとの照射強度の一次元プロファイルのグラフであり、それぞれ、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸方向、（ｃ）はｚ軸方向のプロファイルのグラフである。
【図１４】（ａ）は第一ＲＦコイルを構成するループと第二ＲＦコイルを構成する半ループの位置関係を説明するための説明図であり、（ｂ）は第一ＲＦコイルに電流が流れる場合の磁場を、（ｃ）は、第二ＲＦコイルに電流が流れる場合の磁場をそれぞれ説明するための説明図である。
【図１５】第一の実施形態の送受信コイルの変形例を説明するための説明図である。
【図１６】第一の実施形態の送受信コイルの他の変形例を説明するための説明図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、第二の実施形態の送受信コイルを説明するための説明図である。
【図１８】（ａ）は、第二の実施形態の第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第二の実施形態の第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図１９】第二の実施形態の第二ＲＦコイルの電流分布を説明するための説明図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）は、第二の実施形態の第二ＲＦコイルの磁場の発生原理を説明するための説明図であり、（ｃ）は、第二の実施形態の第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図２１】第二の実施形態の送受信コイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図２２】第三の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２３】（ａ）は、第三の実施形態の送信コイルの構成を説明するための説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は、第三の実施形態の送信コイルの磁気結合防止回路を説明するための図である。
【図２４】（ａ）は、第三の実施形態の表面コイルの構成を説明するための説明図であり、（ｂ）は、第三の実施形態の表面コイルの磁気結合防止回路を説明するための説明図である。
【図２５】第三の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図２６】（ａ）は、第三の実施形態の送信コイルの変形例の構成を説明するための説明図であり、（ｂ）、（ｃ）は、第三の実施形態の送信コイルの変形例の磁気結合防止回路を説明するための説明図である。
【図２７】第四の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２８】（ａ）、（ｂ）は、第四の実施形態の送信コイルの構成を説明するための説明図である。
【図２９】第四の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図３０】第五の実施形態の送信コイルと、高周波信号分配器と、送信器と、受信器との接続関係を説明するための説明図である。
【図３１】（ａ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第一ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第一ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【図３２】（ａ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第二ＲＦコイルの電流分布を、（ｂ）は、第五の実施形態の第二送信コイルの第二ＲＦコイルにより発生する磁場を説明するための説明図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本実施形態では、ＲＦコイルユニット３００における送受信コイル３０１の形状と高周波信号分配・合成器３０７の構成を工夫し、被検体１０の入る検査空間を広げ、検査空間内で少なくとも被検体１０内の照射分布の均一性を従来と同程度に維持し、かつ、ＱＤ方式の照射を行うことにより照射効率も従来と同程度に維持する。以下、本実施形態で用いるＲＦコイルユニット３００の詳細を説明する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１３】
高周波磁場を照射した後、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信するため、磁気結合防止回路駆動装置３０８は、第二送信コイル３０５−２Ｂおよび表面コイル６０１のＰＩＮダイオード３３２および６２２がオフとなるように制御電流３３５の値を０に設定する。第一送信コイル３０５−２ＡのＰＩＮダイオード３３２に流れる制御電流３３５の値は０のままとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１４】
第二送信コイル３０５−２ＢのＰＩＮダイオード３３２がオフになると、第一導体３１１および第三導体３２１は概ね開放状態となり、第二送信コイル３０５−２Ｂの導体にはほとんど電流が流れない。その結果、第二送信コイル３０５−２Ｂは、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振せず、磁界もほとんど発生しない。一方、表面コイル６０１では、ダイオード６２２はオフとなり、磁気結合防止回路６１４はキャパシタ６２３として動作する。その結果、表面コイル６０１は、ＭＲＩ装置１００−７で設定されている磁気共鳴周波数で共振する。
【国際調査報告】
2011065532.tif 000035
2011065532.tif 000036
2011065532.tif 000037
2011065532.tif 000038